JPWO2018139597A1 - Electrolytic cell, electrolytic device, electrolytic method - Google Patents

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Abstract

陽極と、陰極と、陽極と陰極とを隔離する隔壁と、隔壁を縁取る外枠とを備える複数の複極式エレメントが隔膜を挟んで重ね合わせられ、外枠の外方に、隔壁と外枠と隔膜とにより画成される電極室に連通するヘッダーとを備える複極式電解槽であり、陽極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲であり、陰極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲である、ことを特徴とする、複極式電解槽、電解装置、水電解方法。A plurality of bipolar elements including an anode, a cathode, a partition separating the anode and the cathode, and an outer frame bordering the partition are superimposed with the diaphragm interposed therebetween, and the partition and the outer are provided outside the outer frame. A bipolar electrolyzer comprising a header in communication with an electrode chamber defined by a frame and a diaphragm, wherein the electrical capacity of the anode is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 and the electrical capacity of the cathode is 4825 C / It is the range of m2-965000 C / m <2>, The bipolar battery, an electrolytic device, the water electrolysis method characterized by the above-mentioned.

Description

本発明は、複極式電解槽、電解装置、水電解方法に関する。   The present invention relates to a bipolar electrolyzer, an electrolyzer, and a water electrolysis method.

近年、二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化、化石燃料の埋蔵量の減少等の問題を解決するため、再生可能エネルギーを利用した風力発電や太陽光発電等の技術が注目されている。   In recent years, in order to solve problems such as global warming due to greenhouse gases such as carbon dioxide and reduction of reserves of fossil fuels, technologies such as wind power generation and solar power generation using renewable energy are attracting attention.

再生可能エネルギーは、出力が気候条件に依存するため、その変動が非常に大きいという性質がある。そのため、再生可能エネルギーによる発電で得られた電力を一般電力系統に輸送することが常に可能とはならず、電力需給のアンバランスや電力系統の不安定化等の社会的な影響が懸念されている。   Renewable energy has the property that its fluctuation is very large because its output depends on the climatic conditions. Therefore, it is not always possible to transport the power obtained by renewable energy generation to the general power system, and there are concerns about social impacts such as imbalance of power supply and demand and instability of the power system. There is.

そこで、再生可能エネルギーから発電された電力を、貯蔵及び輸送が可能な形に代えて、これを利用しようとする研究が行われている。具体的には、再生可能エネルギーから発電された電力を利用した水の電気分解（電解）により、貯蔵及び輸送が可能な水素を発生させ、水素をエネルギー源や原料として利用することが検討されている。   Therefore, research has been conducted to use power generated from renewable energy instead of a form that can be stored and transported. Specifically, it is considered to generate hydrogen that can be stored and transported by electrolysis (electrolysis) of water using electric power generated from renewable energy, and to use hydrogen as an energy source or raw material. There is.

水素は、石油精製、化学合成、金属精製等の場面において、工業的に広く利用されており、近年では、燃料電池車（ＦＣＶ）向けの水素ステーションやスマートコミュニティ、水素発電所等における利用の可能性も広がっている。このため、再生可能エネルギーから特に高純度の水素を得る技術の開発に対する期待は高い。   Hydrogen is widely used industrially in the fields of petroleum refining, chemical synthesis, metal refining, etc., and in recent years, it can be used in hydrogen stations for fuel cell vehicles (FCVs), smart communities, hydrogen power plants etc. Sex is also spreading. For this reason, there is high hope for the development of technology to obtain particularly high purity hydrogen from renewable energy.

水の電気分解の方法としては、固体高分子型水電解法、高温水蒸気電解法、アルカリ水電解法等がある。この中で、数十年以上前から工業化されていること、大規模に実施することができること、他の水電解装置に比べると安価であること等から、アルカリ水電解は特に有力なものの一つとされている。   As a method of water electrolysis, there are a solid polymer type water electrolysis method, a high temperature steam electrolysis method, an alkaline water electrolysis method and the like. Among them, alkaline water electrolysis is one of particularly strong ones because it has been industrialized for several decades or more, can be carried out on a large scale, and is inexpensive compared to other water electrolysis devices. It is done.

しかしながら、アルカリ水電解を今後エネルギーの貯蔵及び輸送のための手段として適応させるためには、前述のとおり出力の変動が大きい電力を効率的且つ安定的に利用して水電解を行うことを可能にする必要がある。そのため、アルカリ水電解用等の電解セルや装置の諸課題を解決することが求められている。   However, in order to apply alkaline water electrolysis as a means for storing and transporting energy in the future, it is possible to carry out water electrolysis using power efficiently and stably, as described above. There is a need to. Therefore, it is required to solve various problems of the electrolysis cell and apparatus for alkaline water electrolysis etc.

アルカリ水電解において電解電圧を低く抑えて、水素製造の電力原単位を改善するという課題を解決するためには、電解セルの構造として、特に、隔膜と電極との隙間を実質的に無くした構造である、ゼロギャップ構造と呼ばれる構造を採用することが有効なことはよく知られている（特許文献１、２参照）。ゼロギャップ構造では、発生するガスを電極の細孔を通して電極の隔膜側とは反対側に素早く逃がすことによって、電極間の距離を低減しつつ、電極近傍におけるガス溜まりの発生を極力抑えて、電解電圧を低く抑制している。ゼロギャップ構造は、電解電圧の抑制にきわめて有効であり、種々の電解装置に採用されている。   In order to solve the problem of reducing the electrolysis voltage in alkaline water electrolysis and improving the power consumption per unit of hydrogen production, the structure of the electrolysis cell, in particular, a structure in which the gap between the diaphragm and the electrode is substantially eliminated. It is well known that it is effective to adopt a structure called a zero gap structure (see Patent Documents 1 and 2). In the zero gap structure, the generated gas is quickly released to the side opposite to the diaphragm side of the electrode through the pores of the electrode, thereby reducing the distance between the electrodes and minimizing the generation of the gas pool near the electrodes to achieve electrolysis. The voltage is suppressed low. The zero gap structure is extremely effective in suppressing the electrolysis voltage, and is employed in various electrolysis devices.

一方、効率的且つ安定的なアルカリ水電解を実現するためには、電極や隔膜の最適な選択、電解セルの構造の最適化等が重要であることも、Ｄｅｔｌｅｆ Ｓｔｏｌｔｅｎらにより報告されている（非特許文献１参照）。さらに、近年、ゼロギャップ構造を有するアルカリ水電解用電解槽について上述の諸課題に取り組む研究が盛んに行われている（特許文献３、４参照）。   On the other hand, it is also reported by Detlef Stolten et al. That the optimal selection of electrodes and diaphragms, optimization of the structure of the electrolytic cell, etc. are important in order to realize efficient and stable alkaline water electrolysis. Non-Patent Document 1). Further, in recent years, research on addressing the above-mentioned various problems has been actively carried out for an alkaline water electrolysis electrolytic cell having a zero gap structure (see Patent Documents 3 and 4).

米国特許第４５３０７４３号明細書U.S. Pat. No. 4,530,743 特開昭５９−１７３２８１号公報JP-A-59-173281 国際公開第２０１３／１９１１４０号International Publication No. 2013/191140 国際公開第２０１４／１７８３１７号International Publication No. 2014/178317

Ｄｅｔｌｅｆ Ｓｔｏｌｔｅｎ、「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ」、ドイツ国、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧａＡ、２０１０年、第２５４頁〜第２５７頁Detlef Stolten, "Hydrogen Energy", Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., Germany. KGaA, 2010, pages 254 to 257

しかしながら、複極式電解槽として、これまでに多様な構造のものが開発されてきているが、この様な電解槽に再生可能エネルギー等の変動する電力を投入する場合、安定して運転するためには、複雑な電気駆動の制御システムの制御が必要になるが、突発的な電力供給停止時事には電気駆動の制御システムが制御できないため、改善が求められていた。   However, although various structures have been developed as bipolar electrolytic cells so far, stable operation is possible when supplying fluctuating power such as renewable energy to such electrolytic cells. Requires control of a complex electric drive control system, but an improvement is required because the electric drive control system can not be controlled when a sudden power supply stop occurs.

そこで、本発明は、再生可能エネルギー等の変動電源での運転時に、高効率での水素製造を可能にし、さらに電力供給停止時の電気制御システムの安定化を可能にすること、を目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to enable hydrogen production with high efficiency at the time of operation with a fluctuating power source such as renewable energy, and to enable stabilization of the electric control system at the time of power supply interruption. .

本発明の要旨は以下の通りである。
本発明の複極式電解槽は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極とを隔離する隔壁と、前記隔壁を縁取る外枠とを備える複数の複極式エレメントが隔膜を挟んで重ね合わせられ、前記外枠の外方に、前記隔壁と前記外枠と前記隔膜とにより画成される電極室に連通するヘッダーとを備える複極式電解槽であり、
前記陽極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲であり、前記陰極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲である、
ことを特徴とする。
ここで、本発明の複極式電解槽は、アルカリ水電解用複極式電解槽であることが好ましい。
また、本発明の複極式電解槽は、前記複極式エレメントの通電面の面積をＳ１、前記ヘッダーの流路の断面積をＳ２、前記ヘッダーの流路の長さをＬ２としたときに、（Ｓ２／Ｓ１）／Ｌ２が１．５×１０−６ｍ−１〜２．３×１０−４ｍ−１の範囲であることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陽極の電気容量及び前記陰極の電気容量のうち低い方が９６５０Ｃ／ｍ２〜９５５３５０Ｃ／ｍ２の範囲であることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陽極の電気容量が、前記陰極の電気容量よりも大きいことが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陰極の電気容量が、前記陽極の電気容量の０．１倍を超えて０．９９倍以下であることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陰極の電気容量が、前記陽極の電気容量の０．１倍を超えて０．４９倍以下であることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陽極の幾何セル面積１ｍ２当たりの実電極表面積が、９０ｍ２〜１００００ｍ２の範囲であることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、５０〜５００の複極式エレメントを有することが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記Ｓ１が０．１ｍ２〜１０ｍ２であることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、電解セルの厚さｄが１０ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陽極が、酸化ニッケル、金属ニッケル、水酸化ニッケル及びニッケル合金からなる群より選ばれる少なくとも一種のニッケル化合物を含むことが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陽極が、導電性基材と、前記導電性基材上に配置された触媒層を有し、前記触媒層は、ニッケルの金属結晶を含み、且つ、細孔を有し、前記触媒層の細孔のうち、孔径が２〜５ｎｍの範囲内である第一細孔の比表面積が０．６〜２．０ｍ２／ｇであり、前記第一細孔の細孔容積が３×１０−４〜９×１０−４ｍｌ／ｇであり、前記細孔のうち、孔径が０．０１〜２．００μｍの範囲内である第二細孔の比表面積が２．０〜５．０ｍ２／ｇであり、前記第二細孔の細孔容積が０．０４〜０．２ｍｌ／ｇであり、前記触媒層の厚みが５０〜８００μｍであることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陰極が、Ｒｕ−Ｌａ−Ｐｔ系、Ｒｕ−Ｃｅ系、Ｐｔ−Ｃｅ系、及びＰｔ−Ｉｒ系、Ｉｒ−Ｐｔ−Ｐｄ系、Ｐｔ−Ｎｉ系からなる群から選択される少なくとも一種のＰｔ族化合物を含むことが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陰極及び陽極の構成が、前記導電性基材の表面に触媒層を有するものであり、前記導電性基材が金属ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル及びニッケル合金からなる群より選ばれる少なくとも一種のニッケル化合物を含むことが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陰極及び陽極が、メッシュ状の構造であることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陰極の基材が、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の線径を有し、目開きが３０メッシュから８０メッシュの範囲を有することが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陽極の基材が、開口率が２０％〜６０％の範囲を有するメッシュ状の構造であることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、電解セルを電気的に直列に接続したものであることが好ましい。
さらに、本発明の複極式電解槽は、前記陰極、前記陽極、隔膜、陽極室と陰極室を区画する隔壁を有する複極式エレメントを備え、前記陰極と前記陽極の間に前記隔膜が位置し、前記隔膜は前記陰極及び前記陽極と接触している、ことが好ましい。The gist of the present invention is as follows.
In the bipolar electrolytic cell according to the present invention, a plurality of bipolar elements each including an anode, a cathode, a partition separating the anode and the cathode, and an outer frame bordering the partition sandwich a diaphragm with a diaphragm interposed therebetween It is a bipolar electrolysis cell provided with the header which is united and is connected with the electrode room defined by the partition, the outer frame, and the diaphragm outside the outer frame,
The electric capacity of the anode is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 , and the electric capacity of the cathode is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 .
It is characterized by
Here, the bipolar electrolyzer of the present invention is preferably a bipolar electrolyzer for alkaline water electrolysis.
In the bipolar electrolyzer of the present invention, when the area of the current-carrying surface of the bipolar element is S1, the cross-sectional area of the flow path of the header is S2, and the length of the flow path of the header is L2. It is preferable that (S2 / S1) / L2 be in the range of 1.5 × 10 −6 m −1 to 2.3 × 10 −4 m −1 .
Furthermore, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, it is preferable that the smaller one of the electric capacity of the anode and the electric capacity of the cathode is in the range of 9650 C / m 2 to 955350 C / m 2 .
Furthermore, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, the electric capacity of the anode is preferably larger than the electric capacity of the cathode.
Furthermore, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, the electric capacity of the cathode is preferably more than 0.1 times and not more than 0.99 times the electric capacity of the anode.
Further, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, the electric capacity of the cathode is preferably more than 0.1 times and 0.49 times or less of the electric capacity of the anode.
Furthermore, the bipolar type electrolytic cell of the present invention, the actual electrode surface area of the geometric cell area 1 m 2 per the anode, is preferably in the range of 90m 2 ~10000m 2.
Furthermore, the bipolar electrolyzer of the present invention preferably has 50 to 500 bipolar elements.
Furthermore, the bipolar type electrolytic cell of the present invention, it is preferable that the S1 is a 0.1 m 2 through 10m 2.
Furthermore, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, the thickness d of the electrolytic cell is preferably 10 mm to 100 mm.
Furthermore, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, preferably, the anode contains at least one nickel compound selected from the group consisting of nickel oxide, metallic nickel, nickel hydroxide and a nickel alloy.
Furthermore, in the bipolar electrolyzer of the present invention, the anode includes a conductive substrate, and a catalyst layer disposed on the conductive substrate, and the catalyst layer includes a metal crystal of nickel, And the specific surface area of the 1st pore which has a pore and whose pore diameter is in the range of 2 to 5 nm among the pores of the catalyst layer is 0.6 to 2.0 m 2 / g, Among the above-mentioned pores, the pore volume of one pore is 3 × 10 −4 to 9 × 10 −4 ml / g, and the pore diameter is in the range of 0.01 to 2.00 μm. The specific surface area is 2.0 to 5.0 m 2 / g, the pore volume of the second pore is 0.04 to 0.2 ml / g, and the thickness of the catalyst layer is 50 to 800 μm Is preferred.
Furthermore, in the bipolar electrolyzer according to the present invention, the cathode is made of Ru-La-Pt, Ru-Ce, Pt-Ce, Pt-Ir, Ir-Pt-Pd, Pt-Ni. It is preferable to include at least one Pt group compound selected from the group consisting of
Further, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, the constitution of the cathode and the anode has a catalyst layer on the surface of the conductive substrate, and the conductive substrate is metal nickel, nickel oxide, hydroxide hydroxide It is preferable to include at least one nickel compound selected from the group consisting of nickel and nickel alloys.
Furthermore, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, the cathode and the anode preferably have a mesh-like structure.
Furthermore, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, the base material of the cathode preferably has a wire diameter in the range of 0.05 mm to 0.5 mm, and the opening preferably has a range of 30 mesh to 80 mesh. .
Furthermore, it is preferable that the base material of the said anode is a mesh-like structure which has an aperture ratio in the range of 20%-60% of the bipolar electrolysis cell of this invention.
Further, in the bipolar electrolytic cell of the present invention, it is preferable that the electrolytic cells be electrically connected in series.
Furthermore, the bipolar electrolytic cell according to the present invention comprises a bipolar element having the cathode, the anode, the diaphragm, and a partition that defines the anode chamber and the cathode chamber, and the diaphragm is positioned between the cathode and the anode. Preferably, the diaphragm is in contact with the cathode and the anode.

本発明の電解装置は、本発明の複極式電解槽と、電解液を循環させるための電解液循環ポンプと、電解液と水素及び／又は酸素とを分離する気液分離タンクと、水を補給するための水投入ポンプとを含むことを特徴とする。
また、本発明の電解装置は、本発明の電解装置への電力供給の停止時に、電力供給の停止を検知する検知器、及び、前記電解液循環ポンプを自動停止する制御器をさらに含むことが好ましい。The electrolytic device of the present invention comprises the bipolar electrolytic cell of the present invention, an electrolytic solution circulation pump for circulating the electrolytic solution, a gas-liquid separation tank for separating the electrolytic solution and hydrogen and / or oxygen, and water. And a water charging pump for supplying water.
In addition, the electrolytic device of the present invention may further include a detector that detects the stop of the power supply when the power supply to the electrolytic device of the present invention is stopped, and a controller that automatically stops the electrolyte circulation pump. preferable.

本発明の水電解方法は、本発明の電解装置への電力供給の停止時に、前記電解液循環ポンプを停止することを特徴とする。   The water electrolysis method of the present invention is characterized in that the electrolyte circulation pump is stopped when the power supply to the electrolytic device of the present invention is stopped.

本発明の水素製造方法は、アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法において、前記電解槽は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極とを隔離する隔壁と、前記隔壁を縁取る外枠とを備える複数の複極式エレメントが隔膜を挟んで重ね合わせられ、前記外枠の外方に、前記隔壁と前記外枠と前記隔膜とにより画成される電極室に連通するヘッダーとを備える複極式電解槽であり、前記陽極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲であり、前記陰極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲であることを特徴とする。The method for producing hydrogen according to the present invention is a method for producing hydrogen, wherein water containing alkali is electrolyzed by an electrolytic cell to produce hydrogen, wherein the electrolytic cell isolates an anode, a cathode, the anode and the cathode. A plurality of bipolar elements each including a partition wall and an outer frame bordering the partition wall are overlapped with a diaphragm interposed therebetween, and are defined by the partition wall, the outer frame, and the diaphragm outside the outer frame. And a header in communication with the electrode chamber, wherein the electric capacity of the anode is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 , and the electric capacity of the cathode is 4825 C / m 2 to 965000 C. It is characterized by being in the range of / m 2 .

本発明によれば、再生可能エネルギー等の変動電源での運転時に、高効率での水素製造を可能にし、更に電力供給停止時の電気制御システムを安定化することができる。   According to the present invention, it is possible to produce hydrogen with high efficiency at the time of operation with a fluctuating power source such as renewable energy, and to stabilize the electric control system at the time of stopping the power supply.

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の全体について示す側面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a side view shown about the whole of an example of the bipolar | dipolar type electrolytic vessel for alkaline water electrolysis of this embodiment. 本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の電解室、ヘッダー、導管について示す斜視図である。It is a perspective view shown about the electrolysis chamber of an example of the bipolar type electrolytic cell for alkaline water electrolysis of this embodiment, a header, and a channel. 本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例における電解液の流れを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the flow of the electrolyte solution in an example of the bipolar | dipolar type electrolytic vessel for alkaline water electrolysis of this embodiment. 本実施形態の外部ヘッダー型のアルカリ水電解用複極式電解槽の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the bipolar | dipolar type electrolytic vessel for alkaline water electrolysis of the external header type of this embodiment. 本実施形態のアルカリ水電解用電解装置の概要を示す図である。It is a figure showing an outline of an electrolysis device for alkaline water electrolysis of this embodiment.

以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the invention.

図１に、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の全体についての側面図を示す。
図２に、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の電解室、ヘッダー、導管についての斜視図を示す。
図３に、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例における電解液の流れについての斜視図を示す。
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０は、図１に示すとおり、陽極２ａと、陰極２ｃと、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１と、隔壁１を縁取る外枠３とを備える複数の複極式エレメント６０が隔膜４を挟んで重ね合わせられている複極式電解槽５０である。The side view about the whole of an example of the bipolar | dipolar type electrolytic cell for alkaline water electrolysis of this embodiment is shown in FIG.
In FIG. 2, the perspective view about the electrolysis chamber of an example of the bipolar type electrolytic cell for alkaline water electrolysis of this embodiment, a header, and a conduit | pipe is shown.
In FIG. 3, the perspective view about the flow of the electrolyte solution in an example of the bipolar type electrolytic cell for alkaline water electrolysis of this embodiment is shown.
As shown in FIG. 1, a bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis according to this embodiment includes an anode 2a, a cathode 2c, a partition 1 for separating the anode 2a and the cathode 2c, and an outer frame for bordering the partition 1 And a plurality of bipolar electrodes 60 each including the first and second electrodes 3 and 4 are stacked with the diaphragm 4 interposed therebetween.

（複極式電解槽）
複極式は、多数のセルを電源に接続する方法の１つであり、片面が陽極２ａ、片面が陰極２ｃとなる複数の複極式エレメント６０を同じ向きに並べて直列に接続し、両端のみを電源に接続する方法である。
複極式電解槽５０は、電源の電流を小さくできるという特徴を持ち、電解により化合物や所定の物質等を短時間で大量に製造することができる。電源設備は出力が同じであれば、定電流、高電圧の方が安価でコンパクトになるため、工業的には単極式よりも複極式の方が好ましい。(Bipolar electrolysis cell)
The bipolar type is one of the methods of connecting a large number of cells to a power supply, and a plurality of bipolar type elements 60 each having an anode 2a on one side and a cathode 2c on one side are arranged in the same direction and connected in series. Is connected to the power supply.
The bipolar electrolyzer 50 is characterized in that the current of the power supply can be reduced, and a large amount of compounds, predetermined substances, etc. can be produced in a short time by electrolysis. In the power supply equipment, if the output is the same, the constant current and the high voltage become cheaper and more compact, so from the industrial point of view, the bipolar type is preferable to the single pole type.

（（複極式エレメント））
一例のアルカリ水電解用複極式電解槽５０に用いられる複極式エレメント６０は、図１に示すように、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１を備え、隔壁１を縁取る外枠３を備えている。より具体的には、隔壁１は導電性を有し、外枠３は隔壁１の外縁に沿って隔壁１を取り囲むように設けられている。((Bipolar element))
As shown in FIG. 1, the bipolar element 60 used in the bipolar electrode type electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis in one example has a partition 1 for separating the anode 2a and the cathode 2c, and an outer frame for bordering the partition 1 It has three. More specifically, the partition 1 has conductivity, and the outer frame 3 is provided along the outer edge of the partition 1 so as to surround the partition 1.

なお、本実施形態では、複極式エレメント６０は、通常、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、鉛直方向となるように、使用してよく、具体的には、図２、図３に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向となるように、使用してよい（図１〜図５参照）。そして、本明細書では、上記鉛直方向を電解液通過方向とも称する。   In the present embodiment, the bipolar element 60 may be used so that the given direction D1 along the partition wall 1 is usually the vertical direction, specifically, in FIGS. 2 and 3, As shown, when the plan view shape of the partition wall 1 is rectangular, it is used such that a given direction D1 along the partition wall 1 is the same as the direction of one of the two pairs of sides facing each other. (See FIGS. 1 to 5). And in this specification, the above-mentioned perpendicular direction is also called an electrolysis solution passage direction.

本実施形態では、図１に示すとおり、複極式電解槽５０は複極式エレメント６０を必要数積層することで構成されている。
図１に示す一例では、複極式電解槽５０は、一端からファストヘッド５１ｇ、絶縁板５１ｉ、陽極ターミナルエレメント５１ａが順番に並べられ、更に、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７、複極式エレメント６０が、この順番で並べて配置される。このとき、複極式エレメント６０は陽極ターミナルエレメント５１ａ側に陰極２ｃを向けるよう配置する。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までは、設計生産量に必要な数だけ繰り返し配置される。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までを必要数だけ繰り返し配置した後、再度、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７を並べて配置し、最後に陰極ターミナルエレメント５１ｃ、絶縁板５１ｉ、ルーズヘッド５１ｇをこの順番で配置される。複極式電解槽５０は、全体をタイロッド方式５１ｒ（図１参照）や油圧シリンダー方式等の締め付け機構により締め付けることによりー体化され、複極式電解槽５０となる。
複極式電解槽５０を構成する配置は、陽極２ａ側からでも陰極２ｃ側からでも任意に選択でき、上述の順序に限定されるものではない。In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the bipolar electrolyzer 50 is configured by laminating the required number of bipolar elements 60.
In the example shown in FIG. 1, in the bipolar electrolytic cell 50, the fast head 51g, the insulating plate 51i and the anode terminal element 51a are arranged in order from one end, and further, the anode side gasket portion 7, the diaphragm 4 and the cathode side gasket portion 7 and the bipolar elements 60 are arranged in this order. At this time, the bipolar element 60 is disposed so as to direct the cathode 2 c to the anode terminal element 51 a side. The anode side gasket portion 7 to the bipolar element 60 are repeatedly arranged by the number required for the design production amount. After arranging from the anode side gasket part 7 to the bipolar element 60 repeatedly as many times as necessary, again, the anode side gasket part 7, the diaphragm 4 and the cathode side gasket part 7 are arranged side by side, and finally the cathode terminal element 51c, insulation The plate 51i and the loose head 51g are arranged in this order. The bipolar electrolyzer 50 is integrated by tightening the whole with a fastening mechanism such as a tie rod system 51r (see FIG. 1) or a hydraulic cylinder system to form the bipolar electrolyzer 50.
The arrangement of the bipolar electrolytic cell 50 can be arbitrarily selected from the anode 2 a side or the cathode 2 c side, and is not limited to the above-described order.

図１に示すように、複極式電解槽５０では、複極式エレメント６０が、陽極ターミナルエレメント５１ａと陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。隔膜４は、陽極ターミナルエレメント５１ａと複極式エレメント６０との間、隣接して並ぶ複極式エレメント６０同士の間、及び複極式エレメント６０と陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。   As shown in FIG. 1, in the bipolar electrolyzer 50, the bipolar element 60 is disposed between the anode terminal element 51a and the cathode terminal element 51c. The diaphragm 4 is disposed between the anode terminal element 51a and the bipolar element 60, between the adjacently arranged bipolar elements 60, and between the bipolar element 60 and the cathode terminal element 51c. .

また、本実施形態における複極式電解槽５０では、図２、図３に示すとおり、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。   Further, in the bipolar electrolytic cell 50 in the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the partition 1, the outer frame 3, and the diaphragm 4 define an electrode chamber 5 through which the electrolytic solution passes.

本実施形態では、特に、複極式電解槽５０における、隣接する２つの複極式エレメント６０間の互いの隔壁１間における部分、及び、隣接する複極式エレメント６０とターミナルエレメントとの間の互いの隔壁１間における部分を電解セル６５と称する。電解セル６５は、一方のエレメントの隔壁１、陽極室５ａ、陽極２ａ、及び、隔膜４、及び、他方のエレメントの陰極２ｃ、陰極室５ｃ、隔壁１を含む。   In the present embodiment, in particular, a portion of the bipolar electrolyzer 50 between the adjacent partitions 1 between the two bipolar elements 60 and between the adjacent bipolar element 60 and the terminal element. A portion between the partition walls 1 is referred to as an electrolysis cell 65. The electrolysis cell 65 includes the partition 1 of one element, the anode chamber 5a, the anode 2a, the diaphragm 4 and the cathode 2c of the other element, the cathode chamber 5c, and the partition 1.

詳細には、電極室５は、外枠３との境界において、電極室５に電解液を導入する電解液入口５ｉと、電極室５から電解液を導出する電解液出口５ｏとを有する。より具体的には、陽極室５ａには、陽極室５ａに電解液を導入する陽極電解液入口５ａｉと、陽極室５ａから導出する電解液を導出する陽極電解液出口５ａｏとが設けられる。同様に、陰極室５ｃには、陰極室５ｃに電解液を導入する陰極電解液入口５ｃｉと、陰極室５ｃから導出する電解液を導出する陰極電解液出口５ｃｏとが設けられる。   Specifically, the electrode chamber 5 has an electrolyte inlet 5 i for introducing an electrolyte into the electrode chamber 5 and an electrolyte outlet 5 o for discharging the electrolyte from the electrode chamber 5 at the boundary with the outer frame 3. More specifically, the anode chamber 5a is provided with an anode electrolyte inlet 5ai for introducing the electrolyte into the anode chamber 5a, and an anode electrolyte outlet 5ao for extracting the electrolyte discharged from the anode chamber 5a. Similarly, the cathode chamber 5c is provided with a cathode electrolyte solution inlet 5ci for introducing the electrolyte solution into the cathode chamber 5c and a cathode electrolyte solution outlet 5co for extracting the electrolyte solution derived from the cathode chamber 5c.

そして、本実施形態における複極式電解槽５０は、外枠３の外方に、電極室５に連通するヘッダー１０を備える（図２、図３参照）。   And the bipolar battery unit 50 in this embodiment is equipped with the header 10 connected to the electrode chamber 5 in the outer side of the outer frame 3 (refer FIG. 2, FIG. 3).

図２、図３に示す一例では、複極式電解槽５０に、ガスや電解液を配液又は集液する管であるヘッダー１０が取り付けられる。詳細には、ヘッダー１０は、電極室５に電解液を入れるための入口ヘッダーと電極室５からガスや電解液を出すための出口ヘッダーとからなる。
一例では、隔壁１の端縁にある外枠３の下方に、陽極室５ａに電解液を入れる陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉと、陰極室５ｃに電解液を入れる陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉとを備えており、また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３の側方に、陽極室５ａから電極液を出す陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏと、陰極室５ｃから電解液を出す陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏとを備えている。
また、一例では、陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、入口ヘッダーと出口ヘッダーとが、電極室５の中央部を挟んで向かい合うように設けられている。In the example shown in FIG. 2 and FIG. 3, the header 10 which is a pipe for distributing or collecting a gas or an electrolytic solution is attached to the bipolar electrolytic cell 50. Specifically, the header 10 comprises an inlet header for introducing the electrolyte into the electrode chamber 5 and an outlet header for discharging the gas and the electrolyte from the electrode chamber 5.
In one example, an anode inlet header 10 Oai for putting the electrolyte into the anode chamber 5 a and a cathode inlet header 10 Oci for putting the electrolyte into the cathode chamber 5 c are provided under the outer frame 3 at the edge of the partition 1. Similarly, on the side of the outer frame 3 at the edge of the partition wall 1, an anode outlet header 10Oao for discharging the electrode solution from the anode chamber 5a and a cathode outlet header 10Oco for discharging the electrolyte solution from the cathode chamber 5c are provided. .
Further, in one example, in the anode chamber 5 a and the cathode chamber 5 c, the inlet header and the outlet header are provided to face each other across the central portion of the electrode chamber 5.

特に、この一例の複極式電解槽５０は、複極式電解槽５０とヘッダー１０とが独立している形式である外部ヘッダー１０Ｏ型を採用している。
図４に、本実施形態の外部ヘッダー型のアルカリ水電解用複極式電解槽の例を平面図で示す。In particular, the bipolar electrolyzer 50 of this example adopts an outer header 10 O type in which the bipolar electrolyzer 50 and the header 10 are independent.
FIG. 4 is a plan view showing an example of the external header type bipolar electrode type electrolytic cell for alkaline water electrolysis of the present embodiment.

なお、図１〜図３に示す複極式電解槽に取り付けられるヘッダー１０の配設態様として、代表的には、内部ヘッダー１０Ｉ型と外部ヘッダー１０Ｏ型とがあるが、本発明では、いずれの型を採用してもよく、特に限定されない。   As a mode of disposition of the header 10 attached to the bipolar electrolytic cell shown in FIGS. 1 to 3, typically, there are an inner header 10I type and an outer header 10O type. A mold may be adopted and is not particularly limited.

さらに、図２、図３に示す一例では、ヘッダー１０に、ヘッダー１０に配液又は集液されたガスや電解液を集める管である導管２０が取り付けられる。詳細には、導管２０は、入口ヘッダーに連通する配液管と出口ヘッダーに連通する集液管とからなる。
一例では、外枠３のうちの下方に、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉに連通する陽極用配液管２０Ｏａｉと、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉに連通する陰極用配液管２０Ｏｃｉとを備えており、また、同様に、外枠３のうちの側方に、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏに連通する陽極用集液管２０Ｏａｏと、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏに連通する陰極用集液管２０Ｏｃｏとを備えている。Furthermore, in the example shown in FIG. 2 and FIG. 3, the conduit 10 is attached to the header 10, which is a pipe for collecting the gas or the electrolyte supplied or collected in the header 10. In particular, the conduit 20 consists of a distribution tube in communication with the inlet header and a collection tube in communication with the outlet header.
In one example, the lower side of the outer frame 3 is provided with an anode liquid distribution pipe 20Oai in communication with the anode inlet header 10Oai and a cathode liquid distribution pipe 20Oci in communication with the cathode inlet header 10Oci. And an anode liquid collection pipe 20Oao communicating with the anode outlet header 10Oao and a cathode liquid collection pipe 20Oco communicating with the cathode outlet header 10Oco on the side of the outer frame 3.

本実施形態では、陽極室５ａ及び陰極室５ｃにおいて、入口ヘッダーと出口ヘッダーとは、水電解効率の観点から、離れた位置に設けられることが好ましく、電極室５の中央部を挟んで向かい合うように設けられることが好ましく、図２、図３に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、長方形の中心に関して対称となるように設けられることが好ましい。   In the present embodiment, in the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c, the inlet header and the outlet header are preferably provided at remote positions from the viewpoint of water electrolysis efficiency, and face each other across the central portion of the electrode chamber 5 If the plan view shape of the partition wall 1 is rectangular as shown in FIG. 2 and FIG. 3, it is preferable to be provided so as to be symmetrical with respect to the center of the rectangle.

通常、図２、図３に示すように、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉ、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏは、各電極室５に１つずつ設けられるが、本実施形態では、これに限定されず、各電極室５にそれぞれ複数設けられてもよい。
また、通常、陽極用配液管２０Ｏａｉ、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陽極用集液管２０Ｏａｏ、陰極用集液管２０Ｏｃｏは、各電極室５に１つずつ設けられるが、本実施形態では、これに限定されず、複数の電極室５で兼用されてもよい。Generally, as shown in FIGS. 2 and 3, one anode inlet header 10Oai, one cathode inlet header 10Oci, one anode outlet header 10Oao and one cathode outlet header 100oco are provided in each electrode chamber 5, but in this embodiment, Not limited to this, a plurality of electrodes may be provided in each electrode chamber 5.
In addition, although generally one liquid distribution pipe 20 Oai for anode, liquid distribution pipe 20 Oci for cathode, liquid collection pipe 20Oao for anode, and liquid collection pipe 20Oco for cathode are provided one by one in each electrode chamber 5, in this embodiment, The invention is not limited to this, and a plurality of electrode chambers 5 may be shared.

なお、図示した例では、平面視で長方形形状の隔壁１と平面視で長方形形状の隔膜４とが平行に配置され、また、隔壁１の端縁に設けられる直方体形状の外枠の隔壁１側の内面が隔壁１に垂直となっているため、電極室５の形状が直方体となっている。しかしながら、本発明において、電極室５の形状は、図示の例の直方体に限定されることなく、隔壁１や隔膜４の平面視形状、外枠３の隔壁１側の内面と隔壁１とのなす角度等により、適宜変形されてよく、本発明の効果が得られる限り、いかなる形状であってもよい。   In the illustrated example, the rectangular partition 1 in plan view and the rectangular partition 4 in plan view are arranged in parallel, and the partition 1 side of the rectangular outer frame provided at the edge of the partition 1 Since the inner surface of the electrode is perpendicular to the partition wall 1, the shape of the electrode chamber 5 is a rectangular parallelepiped. However, in the present invention, the shape of the electrode chamber 5 is not limited to the rectangular solid in the illustrated example, but the shapes of the partition 1 and the diaphragm 4 in plan view, the inner surface of the outer frame 3 on the partition 1 side and the partition 1 Depending on the angle or the like, the shape may be modified as appropriate, as long as the effects of the present invention can be obtained.

本実施形態では、ヘッダー１０の延在方向は、特に限定されない。   In the present embodiment, the extending direction of the header 10 is not particularly limited.

本実施形態では、導管２０の延在方向は、特に限定されないが、図２、図３に示す一例のように、本発明の効果を得られやすくする観点から、配液管（陽極用配液管２０Ｏａｉ、陰極用配液管２０Ｏｃｉ）及び集液管（陽極用集液管２０Ｏａｏ、陰極用集液管２０Ｏｃｏ）は、ぞれぞれ、隔壁１に垂直な方向に延びることが好ましく、導管２０のいずれもが、隔壁１に垂直な方向に延びることがさらに好ましい。   In the present embodiment, the extending direction of the conduit 20 is not particularly limited, but as in the example shown in FIG. 2 and FIG. 3, from the viewpoint of easily obtaining the effect of the present invention The pipe 20Oai, the cathode liquid distribution pipe 20Oci) and the liquid collection pipe (an anode liquid collection pipe 20Oao, a cathode liquid collection pipe 20Oco) preferably extend in a direction perpendicular to the partition wall 1, respectively. It is further preferable that all of them extend in the direction perpendicular to the partition wall 1.

ときに、電解セル６５は、電解停止時に電解液供給配管によって形成される漏洩電流回路を介して自己放電反応を生じる。   Sometimes, the electrolysis cell 65 produces a self-discharge reaction through the leakage current circuit formed by the electrolyte supply pipe at the time of the electrolysis stop.

前記自己放電が生じた場合でも、電解セル６５のセル電圧を保持するための、電気容量を持った構造体を、電荷保持体と呼ぶ。電荷保持体を、陰極室５ｃ内部又は陽極室５ａ内部で、陰極２ｃ又は陽極２ａと電気的に接続し、陰極２ｃ又は陽極２ａの電気化学的な電位を長時間安定化することができる。電解槽を、電力供給が停止した場合に非常用の蓄電池として使用することができる。   Even when the self-discharge occurs, a structure having an electric capacity for holding the cell voltage of the electrolytic cell 65 is called a charge holder. The charge carrier can be electrically connected to the cathode 2c or the anode 2a inside the cathode chamber 5c or the anode chamber 5a, and the electrochemical potential of the cathode 2c or the anode 2a can be stabilized for a long time. The electrolytic cell can be used as an emergency storage battery when the power supply is stopped.

本実施形態では、陰極２ｃ又は陽極２ａが、触媒層と触媒層を支持する基材とで構成され、この触媒層や基材が、電荷保持体の機能を備える。   In the present embodiment, the cathode 2c or the anode 2a is composed of a catalyst layer and a base material supporting the catalyst layer, and the catalyst layer or base material has the function of the charge carrier.

ここで、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陽極２ａの電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２（０．０５Ｆｄ／ｍ２〜１０Ｆｄ／ｍ２）の範囲であり、陰極２ｃの電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２（０．０５Ｆｄ／ｍ２〜１０Ｆｄ／ｍ２）の範囲である。Here, in the bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis of the present embodiment, the electric capacity of the anode 2a is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 (0.05 Fd / m 2 to 10 Fd / m 2 ). The electric capacity of the cathode 2c is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 (0.05 Fd / m 2 to 10 Fd / m 2 ).

再生可能エネルギー等の変動電源での運転時に、電極室５の電荷保持体の機能により、電解槽に保有する電気量を増大化・バランス化させ、更に、電解液供給配管の構造の改善により、電力供給を停止した際に生じる自己放電を低減することで、電力供給停止時に、電解槽を非常用の蓄電池として使用することができ、非常時においても電気制御システムの安定化が可能となる。   During operation with a fluctuating power source such as renewable energy, the function of the charge holder in the electrode chamber 5 increases and balances the amount of electricity held in the electrolytic cell, and further improves the structure of the electrolyte supply pipe, By reducing the self-discharge generated when the power supply is stopped, the electrolytic cell can be used as an emergency storage battery when the power supply is stopped, and the electrical control system can be stabilized even in an emergency.

本実施形態では、本発明の効果を高める観点から、陽極２ａの電気容量は、９６５０Ｃ／ｍ２〜７７２０００Ｃ／ｍ２の範囲であることがさらに好ましく、４８２５０Ｃ／ｍ２〜４８２５００Ｃ／ｍ２の範囲であることが最も好ましい。陰極２ｃの電気容量は、９６５０Ｃ／ｍ２〜７７２０００Ｃ／ｍ２の範囲であることがさらに好ましく、４８２５０Ｃ／ｍ２〜４８２５００Ｃ／ｍ２の範囲であることが最も好ましい。In the present embodiment, in view of enhancing the effect of the present invention, the capacitance of the anode 2a is more preferably in a range of 9650C / m 2 ~772000C / m 2 , the range of 48250C / m 2 ~482500C / m 2 It is most preferable that Capacitance of the cathode 2c is more preferably in a range of 9650C / m 2 ~772000C / m 2 , and most preferably in the range of 48250C / m 2 ~482500C / m 2 .

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陽極２ａの電気容量及び陰極２ｃの電気容量のうち低い方が９６５０Ｃ／ｍ２〜９５５３５０Ｃ／ｍ２の範囲あることが好ましく、４８２５０Ｃ／ｍ２〜７７２０００Ｃ／ｍ２の範囲であることがさらに好ましく、９６５００Ｃ／ｍ２〜４８２５００Ｃ／ｍ２の範囲であることが特に好ましい。
電気容量のうち低い方が小さすぎると、電源として機能しにくくなり、また、電気容量のうち低い方が大きすぎると、実質的な製作が困難になる。In the bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis of the present embodiment, the lower one of the electric capacity of the anode 2a and the electric capacity of the cathode 2c is preferably in the range of 9650C / m 2 to 955350C / m 2 , 48250C / The range of m 2 to 772000 C / m 2 is more preferable, and the range of 96500 C / m 2 to 482500 C / m 2 is particularly preferable.
If the lower one of the electric capacities is too small, it will be difficult to function as a power source, and if the lower one of the electric capacities is too large, substantial fabrication will become difficult.

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陽極の電気容量が陰極の電気容量よりも大きいことが好ましく、その場合、陽極の電気容量に対する前記陰極の電気容量の割合は、０．１倍を超えて、０．９９倍以下の範囲であることが好ましく、０．１倍を超えて、０．４９倍以下の範囲であることがさらに好ましい。   In the bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis of the present embodiment, the electric capacity of the anode is preferably larger than the electric capacity of the cathode. In that case, the ratio of the electric capacity of the cathode to the electric capacity of the anode is 0 It is preferable to be in the range of more than 1 × and 0.99 times or less, and more preferable to be in the range of more than 0.1 × and 0.49 times or less.

なお、電極２（陽極２ａ、陰極２ｃ）に関して、電極２（陽極２ａ、陰極２ｃ）に加えて導電性弾性体２ｅや集電体２ｒを含めた電極複合体（陽極複合体、陰極複合体）を用いた場合は、前述の電気容量は、電極複合体（陽極複合体、陰極複合体）について定められてよい。   An electrode complex (anode complex, cathode complex) including the conductive elastic body 2e and the current collector 2r in addition to the electrode 2 (anode 2a, cathode 2c) in addition to the electrode 2 (anode 2a, cathode 2c) In the case where is used, the above-mentioned electric capacity may be determined for the electrode complex (anode complex, cathode complex).

上記本発明の効果は、ヘッダー設計に関して物理的な制約を受けにくく、電解停止時に、電解液出口５ｏ側の電解液の排出ライン（出口ヘッダー）を遮断することが構造的に容易であるため、各電解セル６５への電解液の供給ヘッダーが電解セル６５外部に配置されている、外部ヘッダー１０Ｏ型のアルカリ水電解槽において、得られやすい。   The above-described effects of the present invention are less subject to physical restrictions regarding the header design, and it is structurally easy to shut off the discharge line (outlet header) of the electrolyte on the electrolyte outlet 5 o side when the electrolysis is stopped. It is easy to be obtained in the alkaline water electrolysis cell of the external header 10 O type in which the supply header of the electrolytic solution to each electrolysis cell 65 is disposed outside the electrolysis cell 65.

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、複極式エレメント６０の通電面の面積をＳ１、ヘッダー１０の流路の断面積をＳ２、ヘッダー１０の流路の長さをＬ２としたときに、（Ｓ２／Ｓ１）／Ｌ２が１．５×１０−６ｍ−１〜２．３×１０−４ｍ−１の範囲であることが好ましく、４．０×１０−６ｍ−１〜２．０×１０−４ｍ−１の範囲であることがさらに好ましく、８．０×１０−６ｍ−１〜１．０×１０−４ｍ−１の範囲であることが特に好ましい。In the bipolar electrolyzer 50 for alkaline water electrolysis according to this embodiment, the area of the current-carrying surface of the bipolar element 60 is S1, the cross-sectional area of the flow passage of the header 10 is S2, and the flow passage length of the header 10 is L2. (S2 / S1) / L2 is preferably in the range of 1.5 × 10 −6 m −1 to 2.3 × 10 −4 m −1 , and 4.0 × 10 −6 m It is more preferably in the range of −1 to 2.0 × 10 −4 m −1 , particularly preferably in the range of 8.0 × 10 −6 m −1 to 1.0 × 10 −4 m −1 preferable.

上記複極式エレメント６０の通電面の面積Ｓ１とは、複極式エレメント６０の電極（陽極２ａ及び陰極２ｃ）の隔壁に平行な面における面積をいう。なお、陽極２ａと陰極２ｃとにおいて上記面積が異なる場合には、その平均をいうものとする。
上記ヘッダー１０の流路の断面積Ｓ２とは、ヘッダー１０のうち電解液が通過する内部空間の断面積をいう。なお、ヘッダー１０の延在方向について断面積に変化がある場合には、その断面積の平均をいうものとする。また、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉ、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏにおいて上記断面積が異なる場合には、その平均をいうものとする。
上記ヘッダー１０の流路の長さＬ２とは、ヘッダー１０のうち電解液が通過する内部空間の延在長さをいう。特に、ヘッダー１０に連通する導管２０を備える場合には、ヘッダー１０の電解液入口５ｉから配液管（導管２０）との接続部分まで、又は電解液出口５ｏから集液管（導管）との接続部分まで、の部分についての長さをいう。また、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉ、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏにおいて上記長さが異なる場合には、その平均をいうものとする。The area S1 of the current-carrying surface of the bipolar element 60 refers to the area in a plane parallel to the partition walls of the electrodes (anode 2a and cathode 2c) of the bipolar element 60. In addition, when the said area differs in the anode 2a and the cathode 2c, the average shall be said.
The cross-sectional area S2 of the flow path of the header 10 refers to the cross-sectional area of the inner space of the header 10 through which the electrolyte passes. In addition, when a cross-sectional area changes with respect to the extension direction of the header 10, the average of the cross-sectional area shall be said. In addition, when the cross-sectional areas of the anode inlet header 10 Oai, the cathode inlet header 10 Oci, the anode outlet header 10 Oao, and the cathode outlet header 10 Oco are different, the average of the cross sections is used.
The length L2 of the flow path of the header 10 refers to the extension length of the internal space of the header 10 through which the electrolytic solution passes. In particular, in the case of including the conduit 20 in communication with the header 10, it is from the electrolyte inlet 5i of the header 10 to the connection portion with the liquid distribution pipe (conduit 20), or with the liquid collection pipe (conduit) from the electrolyte outlet 5o. The length of the part up to the connection part. Further, when the lengths of the anode inlet header 10Oai, the cathode inlet header 10Oci, the anode outlet header 10Oao, and the cathode outlet header 10Oco differ, the average of the lengths is used.

（Ｓ２／Ｓ１）／Ｌ２を上記範囲とすれば、電力供給を停止した際に生じる自己放電を低減して、電気制御システムの安定化が可能となると共に、高効率での電力の貯蔵、具体的には、リーク電流の低減することで高効率での水素製造を実現することが可能となる。   If (S2 / S1) / L2 is in the above range, self-discharge generated when the power supply is stopped can be reduced, and stabilization of the electrical control system becomes possible, and storage of power with high efficiency, specifically In fact, it is possible to realize hydrogen production with high efficiency by reducing the leakage current.

さらに、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、複極式エレメント６０の通電面の面積Ｓ１が、０．１ｍ２〜１０ｍ２であることが好ましく、０．１５ｍ２〜８ｍ２であることがさらに好ましく、０．２ｍ２〜５ｍ２であることが特に好ましい。
通電面が小さすぎると、電解液供給ヘッダーも小さくなり、電解槽５０の製作が難しくなる。また、通電面が大きすぎると、シール面圧が不均一になりやすく、電解液の漏れやガス漏洩の原因になる。Furthermore, the alkaline water electrolysis a bipolar type electrolytic cell 50 of the present embodiment, the area S1 of the energizing surface of Fukukyokushiki element 60 is preferably a 0.1m 2 ~10m 2, 0.15m 2 ~8m further preferably 2, particularly preferably 0.2m 2 ~5m 2.
If the current-carrying surface is too small, the electrolytic solution supply header will also be small, making it difficult to manufacture the electrolytic cell 50. Also, if the current-carrying surface is too large, the seal surface pressure is likely to be uneven, which may cause leakage of the electrolyte and gas leakage.

さらに、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、電解セル６５の厚さｄが、１０ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、１５ｍｍ〜５０ｍｍであることがさらに好ましく、２０ｍｍ〜４０ｍｍであることが特に好ましい。
上記電解セル６５の厚さｄとは、隣接する２つの複極式エレメント６０間の互いの隔壁１間における部分の厚さ、及び、隣接する複極式エレメント６０とターミナルエレメント５１ａ、５１ｃとの間の互いの隔壁１間における部分の厚さであり、それぞれ、隣接する２つの複極式エレメント６０の隔壁１同士の間の隔壁１に垂直な方向についての距離、及び、隣接する複極式エレメント６０の隔壁１とターミナルエレメント５１ａ、５１ｃの隔壁１との間の隔壁１に垂直な方向についての距離をいう。上記厚さｄが複極式電解槽５０全体において一定でない場合には、その平均をいうものとしてよい。
電解セルの厚さｄが小さすぎると、電解セル６５のガス液チャンバー内のガス比率が増大しやすくなり、セル電圧が上昇しやすくなる。また、厚さｄが大きすぎると、ヘッダー１０の圧損の影響で均一分配が難しくなり、設置面積が大きくなりすぎる。Furthermore, in the bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis of the present embodiment, the thickness d of the electrolytic cell 65 is preferably 10 mm to 100 mm, more preferably 15 mm to 50 mm, and 20 mm to 40 mm. Being particularly preferred.
The thickness d of the electrolytic cell 65 refers to the thickness of the portion between the adjacent partitions 1 between the two bipolar elements 60, and between the adjacent bipolar elements 60 and the terminal elements 51a and 51c. The thickness of the portion between the partitions 1 of each other, the distance in the direction perpendicular to the partitions 1 between the partitions 1 of two adjacent bipolar elements 60, and the adjacent bipolar The distance in the direction perpendicular to the partition 1 between the partition 1 of the element 60 and the partition 1 of the terminal elements 51a, 51c. If the thickness d is not constant throughout the bipolar electrolytic cell 50, the average may be said.
If the thickness d of the electrolytic cell is too small, the gas ratio in the gas liquid chamber of the electrolytic cell 65 tends to increase, and the cell voltage tends to increase. If the thickness d is too large, uniform distribution becomes difficult due to the pressure loss of the header 10, and the installation area becomes too large.

さらに、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、ガス純度をより高純度化させる観点、及び循環流路中に存在する固形物による流路閉塞を抑制する観点から、Ｓ２が、７．００×１０−７ｍ２〜３．１４×１０−４ｍ２であることが好ましく、１．０×１０−６ｍ２〜２．０×１０−４ｍ２であることがさらに好ましい。Furthermore, in the bipolar electrolyzer 50 for alkaline water electrolysis according to the present embodiment, S2 is used from the viewpoint of further purifying the gas purity and from the viewpoint of suppressing channel blockage due to solids present in the circulation channel. 7.00 × 10 −7 m 2 to 3.14 × 10 −4 m 2 , preferably 1.0 × 10 −6 m 2 to 2.0 × 10 −4 m 2 preferable.

さらに、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、特に限定されるものではないが、前記Ｓ２の好適範囲の場合と同様の観点から、Ｌ２が、０．２ｍ〜１０ｍであることが好ましく、０．４ｍ〜８ｍであることがさらに好ましい。   Furthermore, in the bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis of the present embodiment, although not particularly limited, L2 is 0.2 m to 10 m from the same viewpoint as the case of the preferred range of S2. Is preferably, and more preferably 0.4 m to 8 m.

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０は、５０〜５００の複極式エレメント６０を有することが好ましく、７０〜３００の複極式エレメント６０を有することがさらに好ましく、１００〜２００の複極式エレメント６０を有することが特に好ましい。
下限未満の場合、セルに対する締め付け機構の割合が相対的に大きくなるため、製作コストがアップし、また、設備の設置面積が増加するため、現実的な設備ではなくなるおそれがある。上限超の場合には、電力供給を停止した際に生じる自己放電を低減して、電気制御システムの安定化を可能にする効果、及び、高効率での電力の貯蔵、具体的には、ポンプ動力の低減やリーク電流の低減を実現することを可能にする効果の並立が困難になる。
また、複極式エレメント６０の数（対数）が増え過ぎると、電解槽５０の製作が困難になるおそれがあり、製作精度が悪い複極式エレメント６０を多数スタックした場合には、シール面圧が不均一になりやすく、電解液の漏れやガス漏洩が生じやすい。The bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis according to this embodiment preferably has 50 to 500 bipolar elements 60, and more preferably 70 to 300, and 100 to 200. It is particularly preferred to have the bipolar element 60 of
If it is less than the lower limit, the ratio of the tightening mechanism to the cell becomes relatively large, so that the manufacturing cost increases and the installation area of the facility increases, which may make it impossible to be a realistic facility. In the case of exceeding the upper limit, the effect of enabling the stabilization of the electrical control system by reducing the self-discharge generated when the power supply is stopped, and the storage of the power with high efficiency, specifically, the pump It becomes difficult to parallelize the effects that make it possible to realize the reduction of power and the reduction of leakage current.
In addition, if the number (logarithm) of the bipolar elements 60 increases excessively, there is a possibility that the manufacture of the electrolytic cell 50 may become difficult, and in the case where a large number of the bipolar elements 60 having poor manufacturing accuracy are stacked, the seal surface pressure Is likely to be uneven, resulting in electrolyte leakage and gas leakage.

以下、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０の構成要素について詳細に説明する。
また、以下では、本発明の効果を高めるための好適形態についても詳述する。Hereinafter, the components of the bipolar electrolyzer 50 for alkaline water electrolysis of the present embodiment will be described in detail.
Also, in the following, preferred embodiments for enhancing the effects of the present invention will be described in detail.

−隔壁−
本実施形態における隔壁１の形状は、所定の厚みを有する板状の形状としてよいが、特に限定されない。
隔壁１の平面視形状としては、特に限定されることなく、矩形（正方形、長方形等）、円形（円、楕円等）としてよく、ここで、矩形は角が丸みを帯びていてもよい。
一実施形態において、隔壁１と外枠３とを溶接その他の方法で接合することで一体化してもよく、例えば、隔壁１に、隔壁１の平面に対して垂直な方向に張り出したフランジ部（陽極２ａ側に張り出した陽極フランジ部、陰極２ｃ側に張り出した陰極フランジ部）を設け、フランジ部を外枠３の一部としてもよい。-Bulkhead-
The shape of the partition wall 1 in the present embodiment may be a plate-like shape having a predetermined thickness, but is not particularly limited.
The shape of the partition wall 1 in plan view is not particularly limited, and may be rectangular (square, rectangular, etc.) or circular (circle, oval, etc.), and the rectangle may have rounded corners.
In one embodiment, the partition wall 1 and the outer frame 3 may be integrated by welding or other method, and for example, a flange portion projected in the direction perpendicular to the plane of the partition wall 1 An anode flange portion projected to the anode 2 a side and a cathode flange portion projected to the cathode 2 c side may be provided, and the flange portion may be a part of the outer frame 3.

なお、隔壁１は、通常、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、鉛直方向となるように、使用してよく、具体的には、図２、図３に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向となるように、使用してよい。そして、本明細書では、上記鉛直方向を電解液通過方向とも称する。   In addition, the partition 1 may be used so that a given direction D1 along the partition 1 is usually in the vertical direction. Specifically, as shown in FIG. 2 and FIG. If the shape is rectangular, it may be used such that a given direction D1 along the partition 1 is in the same direction as the direction of one of the two sets of opposite sides. And in this specification, the above-mentioned perpendicular direction is also called an electrolysis solution passage direction.

隔壁１の材料としては、電力の均一な供給を実現する観点から、導電性を有する材料が好ましく、耐アルカリ性や耐熱性といった面から、ニッケル、ニッケル合金、軟鋼、ニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。   The material of the partition 1 is preferably a material having conductivity from the viewpoint of achieving uniform supply of electric power, and nickel plating is applied on nickel, nickel alloy, mild steel and nickel alloy from the viewpoint of alkali resistance and heat resistance. Are preferred.

−電極−
本実施形態のアルカリ水電解による水素製造において、エネルギー消費量の削減、具体的には電解電圧の低減は、大きな課題である。この電解電圧は電極２に大きく依存するため、両電極２の性能は重要である。-Electrode-
In the hydrogen production by alkaline water electrolysis of the present embodiment, the reduction of energy consumption, specifically the reduction of the electrolysis voltage, is a major issue. The performance of both electrodes 2 is important because this electrolytic voltage depends largely on the electrode 2.

アルカリ水電解の電解電圧は、理論的に求められる水の電気分解に必要な電圧の他に、陽極反応（酸素発生）の過電圧、陰極反応（水素発生）の過電圧、陽極２ａと陰極２ｃとの電極２間距離による電圧とに分けられる。ここで、過電圧とは、ある電流を流す際に、理論分解電位を越えて過剰に印加する必要のある電圧のことを言い、その値は電流値に依存する。同じ電流を流すとき、過電圧が低い電極２を使用することで消費電力を少なくすることができる。   The electrolysis voltage of alkaline water electrolysis is not only the voltage required for electrolysis of water theoretically calculated, but also the overvoltage of the anodic reaction (oxygen generation), the overvoltage of the cathodic reaction (hydrogen generation), and that of the anode 2a and the cathode 2c. It is divided into a voltage due to the distance between the electrodes 2. Here, the term "overvoltage" refers to a voltage that needs to be applied in excess of the theoretical decomposition potential when a certain current flows, the value of which depends on the current value. When flowing the same current, power consumption can be reduced by using the electrode 2 with a low over voltage.

低い過電圧を実現するために、電極２に求められる要件としては、導電性が高いこと、酸素発生能（或いは水素発生能）が高いこと、電極２表面で電解液の濡れ性が高いこと等が挙げられる。   In order to realize low overvoltage, the requirements for the electrode 2 include high conductivity, high ability to generate oxygen (or ability to generate hydrogen), high wettability of the electrolyte on the surface of the electrode 2, etc. It can be mentioned.

アルカリ水電解の電極２として、過電圧が低いこと以外に、再生可能エネルギーのような不安定な電流を用いても、電極２の基材及び触媒層の腐食、触媒層の脱落、電解液への溶解、隔膜４への含有物の付着等が起きにくいことが挙げられる。   As the electrode 2 of alkaline water electrolysis, in addition to low overvoltage, corrosion of the base material of the electrode 2 and the catalyst layer, detachment of the catalyst layer, and electrolyte solution even when using unstable current such as renewable energy It is difficult to cause dissolution, adhesion of inclusions to the diaphragm 4, and the like.

陽極及び陰極の導電性基材の構造は、担体として比表面積を確保すること、及び、脱泡性を両立する観点で、メッシュ構造であることが好ましい。前記導電性基材の材質は、ニッケル鉄、バナジウム、モリブデン、銅、銀、マンガン、白金族、黒鉛及びクロム等からなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。二種以上の金属からなる合金又は、二種以上の導電性物質の混合物を導電性基材に用いてもよい。金属ニッケルを導電性基材に用いるのが好ましい。   The structure of the conductive substrate of the anode and the cathode is preferably a mesh structure in terms of securing a specific surface area as a carrier and degassing. The material of the conductive substrate may be at least one selected from the group consisting of nickel iron, vanadium, molybdenum, copper, silver, manganese, a platinum group, graphite, chromium and the like. An alloy of two or more metals or a mixture of two or more conductive materials may be used for the conductive substrate. It is preferable to use metallic nickel as the conductive substrate.

−−陽極−−
陽極２ａは、導電性基材と、導電性基材を被覆する触媒層と、を備え、触媒層は多孔質体であることが好ましい。なお、触媒層は導電性基材の表面全体を被覆していることが好ましい。-Anode--
The anode 2a includes a conductive base and a catalyst layer for coating the conductive base, and the catalyst layer is preferably a porous body. The catalyst layer preferably covers the entire surface of the conductive substrate.

陽極の触媒層は元素として、アルカリに対する耐久性と、酸素発生に対する活性が高い点で、ニッケルを含むことが好ましい。触媒層は、酸化ニッケル、金属ニッケル、水酸化ニッケル及びニッケル合金から選ばれる少なくとも一種のニッケル化合物を含むことが好ましい。   The catalyst layer of the anode preferably contains nickel as an element, in terms of durability against alkali and high activity against oxygen generation. The catalyst layer preferably contains at least one nickel compound selected from nickel oxide, metallic nickel, nickel hydroxide and a nickel alloy.

陽極一枚当たりの幾何セル面積１ｍ２当たりの実電極表面積（実比表面積）は、９０〜１００００ｍ２の範囲にすることが好ましい。実電極表面が、９０ｍ２／ｍ２未満の範囲では、触媒層全体の表面積が小さいため、酸素過電圧が高くなることが予想される。また、実電極表面が、１００００ｍ２／ｍ２を超える範囲では、触媒層が微細な多孔質を含むため非常にもろくなり、耐久性が悪く、酸素発生とともに酸素過電圧が高くなることが予想される。
なお、幾何セル面積とは、電解セル６５を隔壁１に垂直な方向に投影したときの面積をいう。
上記面積１ｍ２当たりの実電極表面としては、５００〜８０００ｍ２／ｍ２の範囲にすることがさらに好ましく、１０００〜５０００ｍ２／ｍ２の範囲にすることが特に好ましい。Real electrode surface area of the geometric cell area 1 m 2 per per one anode (actual specific surface area) is preferably in the range of 90~10000m 2. If the actual electrode surface is less than 90 m 2 / m 2 , the surface area of the entire catalyst layer is small, so it is expected that the oxygen overvoltage will be high. In addition, when the actual electrode surface exceeds 10000 m 2 / m 2 , the catalyst layer is very fragile because it contains fine pores, and the durability is poor, and it is expected that the oxygen overvoltage will increase with the generation of oxygen. .
The geometric cell area refers to the area when the electrolysis cell 65 is projected in the direction perpendicular to the partition wall 1.
The real electrode surface per the area 1 m 2, more preferably in the range of 500~8000m 2 / m 2, and particularly preferably in the range of 1000~5000m 2 / m 2.

この陽極の触媒層中の細孔のうち、孔径が２〜５ｎｍの範囲内である第一細孔の比表面積は０．６〜２．０ｍ２／ｇであり、第一細孔の細孔容積は３×１０−４〜９×１０−４ｍｌ／ｇであることが好ましい。触媒層中の細孔のうち、孔径が０．０１〜２．００μｍの範囲内である第二細孔の比表面積は２．０〜５．０ｍ２／ｇであり、第二細孔の細孔容積は、０．０４〜０．２ｍｌ／ｇであることが好ましい。
触媒層の厚みは５０〜８００μｍであることが好ましく、１００〜４００μｍであることがより好ましい。Among the pores in the catalyst layer of the anode, the specific surface area of the first pore having a pore size in the range of 2 to 5 nm is 0.6 to 2.0 m 2 / g, and the pores of the first pore The volume is preferably 3 × 10 −4 to 9 × 10 −4 ml / g. Among the pores in the catalyst layer, the specific surface area of the second pore whose pore diameter is in the range of 0.01 to 2.00 μm is 2.0 to 5.0 m 2 / g, and The pore volume is preferably 0.04 to 0.2 ml / g.
The thickness of the catalyst layer is preferably 50 to 800 μm, and more preferably 100 to 400 μm.

孔径が０．０１〜２．００μｍの範囲内である第二細孔は、比表面積は小さいが、細孔容量が大きいため、第一細孔は、第二細孔の内壁に存在することになる。第一細孔は、触媒層の表面積を非常に大きくする。第一細孔の表面は、水酸化物イオンの酸化反応（酸素の生成反応）の反応場（反応界面）として機能する。第一細孔の内部では、酸素発生の際に水酸化ニッケルが生成され、そのため細孔を更に小さくすると予想される。しかし、第一細孔は孔径が大きな第二細孔の内部に存在するため、第一細孔内で生成された酸素は第二細孔を通じて触媒層の外へ抜けやすく、電解を阻害しにくい。そのため、本実施形態では電解時に酸素発生過電圧が上昇しにくいと推定される。   Although the second pore having a pore diameter in the range of 0.01 to 2.00 μm has a small specific surface area, the first pore is present on the inner wall of the second pore because the pore volume is large. Become. The first pores make the surface area of the catalyst layer very large. The surface of the first pore functions as a reaction field (reaction interface) of the oxidation reaction (formation reaction of oxygen) of hydroxide ions. Inside the first pore, nickel hydroxide is formed during oxygen evolution, which is expected to make the pore smaller. However, since the first pore is present inside the second pore having a large pore diameter, oxygen generated in the first pore is likely to escape out of the catalyst layer through the second pore, and it is difficult to inhibit the electrolysis. . Therefore, in the present embodiment, it is estimated that the oxygen generation overvoltage is difficult to increase at the time of electrolysis.

第一細孔の比表面積は０．６〜１．５ｍ２／ｇであることが好ましく、０．６〜１．０ｍ２／ｇであることがより好ましい。第一細孔の比表面積は０．６２〜０．９８ｍ２／ｇであってもよい。一般的には第一細孔の比表面積の増加に伴い、酸素発生電位が低くなると考えられる。ただし、第一細孔が小さすぎると酸素発生時に生成する水酸化ニッケルにより第一細孔が完全に埋まり、第一細孔の実質的な表面積が少なくなる傾向がある。第一細孔の比表面積が減少すると、触媒層全体の表面積も減少する傾向がある。触媒層全体の表面積の減少に伴い、酸素発生電位が上昇する傾向がある。Preferably the specific surface area of the first pores is 0.6~1.5m 2 / g, more preferably 0.6~1.0m 2 / g. The specific surface area of the first pores may be 0.62 to 0.98 m 2 / g. In general, it is considered that the oxygen generation potential decreases as the specific surface area of the first pore increases. However, if the first pores are too small, the first pores are completely filled with nickel hydroxide formed at the time of oxygen generation, and the substantial surface area of the first pores tends to be reduced. As the specific surface area of the first pores decreases, the surface area of the entire catalyst layer also tends to decrease. As the surface area of the entire catalyst layer decreases, the oxygen generation potential tends to increase.

第一細孔の容積は３．３×１０−４〜８．５×１０−４ｍｌ／ｇことが好ましい。第一細孔の容積は３．６×１０−４ｍｌ／ｇ〜７．９×１０−４ｍｌ／ｇであってもよい。第一細孔の細孔容積の増加に伴い、比表面積が減少する傾向がある。第一細孔の細孔容積の減少に伴い、触媒層全体の比表面積が増加する傾向がある。The volume of the first pore is preferably 3.3 × 10 −4 to 8.5 × 10 −4 ml / g. Volume of the first pores may be 3.6 × 10 -4 ml / g~7.9 × 10 -4 ml / g. As the pore volume of the first pore increases, the specific surface area tends to decrease. As the pore volume of the first pore decreases, the specific surface area of the entire catalyst layer tends to increase.

第二細孔の比表面積は２．３〜４．５ｍ２／ｇであることが好ましい。第二細孔の比表面積は２．５〜４．２ｍ２／ｇであってもよい。第二細孔の比表面積の増加に伴い触媒層全体の細孔容積が減少する傾向がある。また、第二細孔の比表面積の低下に伴い触媒層全体の細孔容積が増加する傾向がある。The specific surface area of the second pores is preferably 2.3 to 4.5 m 2 / g. The specific surface area of the second pores may be 2.5 to 4.2 m 2 / g. The pore volume of the entire catalyst layer tends to decrease as the specific surface area of the second pores increases. In addition, the pore volume of the entire catalyst layer tends to increase as the specific surface area of the second pores decreases.

第二細孔の容積は０．０４〜０．１５ｍｌ／ｇであることが好ましく、０．０４〜０．１ｍｌ／ｇであることがより好ましい。第二細孔の容積は０．０４〜０．０９ｍｌ／ｇであってもよい。第二細孔の細孔容積の増加に伴い、触媒層内で発生した酸素ガスが脱泡し易い傾向がある。第二細孔の細孔容積の減少に伴い、触媒層で発生した酸素ガスが脱泡し難くなる傾向があり、酸素発生過電圧が高くなる傾向がある。一方で、第二細孔の細孔容積の減少に伴い、触媒層の機械的強度は高まる傾向がある。   The volume of the second pores is preferably 0.04 to 0.15 ml / g, more preferably 0.04 to 0.1 ml / g. The volume of the second pore may be 0.04 to 0.09 ml / g. As the pore volume of the second pore increases, the oxygen gas generated in the catalyst layer tends to degas. As the pore volume of the second pore decreases, the oxygen gas generated in the catalyst layer tends to be difficult to degas, and the oxygen generation overvoltage tends to increase. On the other hand, the mechanical strength of the catalyst layer tends to increase as the pore volume of the second pore decreases.

厚みが５０μｍ未満では、触媒層が薄いため、触媒層全体の表面積が小さくなり、酸素過電圧が高くなることが予想される。また、厚みが８００μｍを越える範囲では触媒層が厚くなりすぎて、剥離等が起こりやすくなる場合があり、さらに陽極の製作コストが高くなりすぎる場合がある。   If the thickness is less than 50 μm, it is expected that the surface area of the entire catalyst layer will be small and the oxygen overvoltage will be high because the catalyst layer is thin. If the thickness is more than 800 μm, the catalyst layer may be too thick, which may easily cause peeling or the like, and the cost of manufacturing the anode may be too high.

触媒層がニッケルの金属結晶を含み、触媒層中のニッケルの金属結晶の（１，１，１）面によって回折されるＸ線のピーク強度がＩＮｉであり、触媒層中のＮｉＯの（０，１，２）面によって回折されるＸ線のピーク強度がＩＮｉＯであるとき、［ＩＮｉ／（ＩＮｉ＋ＩＮｉＯ）］×１００の値が７５〜１００％であることが好ましい。Ｉ［ＩＮｉ／（ＩＮｉ＋ＩＮｉＯ）］×１００は９０〜１００％であることがより好ましく、９５〜１００％であることが特に好ましい。The catalyst layer contains metal crystals of nickel, and the peak intensity of X-rays diffracted by the (1,1,1) plane of the metal crystals of nickel in the catalyst layer is I Ni; It is preferable that the value of [I Ni / (I Ni + I NiO 2 )] × 100 is 75 to 100% when the peak intensity of the X-ray diffracted by the (1, 1, 2) plane is I NiO . The ratio of I [I Ni / (I Ni + I NiO )] × 100 is more preferably 90 to 100%, and particularly preferably 95 to 100%.

［ＩＮｉ／（ＩＮｉ＋ＩＮｉＯ）］×１００が大きいほど、触媒層の電気抵抗が低く、酸素発生を行う際の電圧損失が小さくなる。触媒層中の酸化ニッケルの部分では、導電性が低下するが、酸素発生反応も起き難い。また、酸化ニッケルは比較的、化学的安定性に優れるため、触媒層が酸化ニッケルを含有することは、触媒層の強度を維持するために有効な場合がある。なお、ＩＮｉ及びＩＮｉＯは、触媒層についてのＸＲＤ（（Ｘ‐Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）の測定結果から求められる。The larger the [I Ni / (I Ni + I NiO )] × 100, the lower the electrical resistance of the catalyst layer and the smaller the voltage loss during oxygen generation. The conductivity of the nickel oxide portion in the catalyst layer is lowered, but the oxygen generation reaction is also less likely to occur. In addition, since nickel oxide is relatively excellent in chemical stability, containing nickel oxide in the catalyst layer may be effective for maintaining the strength of the catalyst layer. In addition, I Ni and I NiO can be obtained from the measurement results of XRD ((X-Ray Diffraction)) of the catalyst layer.

なお、触媒層には、ニッケルとその他の金属とから構成される合金を含んでもよい。触媒層は、金属ニッケルからなることが特に好ましい。チタン、クロム、モリブデン、コバルト、タンタル、ジルコニウム、アルミニウム、亜鉛、白金族及び希土類元素等からなる群より選ばれる少なくとも一種をさらに含んでもよい。また、触媒層の表面が、ロジウム、パラジウム、イリジウム及びルテニウム等からなる群より選ばれる少なくとも一種の触媒で修飾されてもよい。   The catalyst layer may contain an alloy composed of nickel and another metal. The catalyst layer is particularly preferably made of metallic nickel. It may further contain at least one selected from the group consisting of titanium, chromium, molybdenum, cobalt, tantalum, zirconium, aluminum, zinc, a platinum group, a rare earth element, and the like. In addition, the surface of the catalyst layer may be modified with at least one catalyst selected from the group consisting of rhodium, palladium, iridium, ruthenium and the like.

−−アルカリ水電解用陽極の製造方法−−
本実施形態に係るアルカリ水電解用陽極の製造方法は、特に限定されない。好ましい製造方法として、基材としてエクスパンドニッケルを用いて、分散メッキにてラネーニッケルを被覆し、３２ｗｔ％のアルカリで展開する方法が挙げられる。--Manufacturing method of anode for alkaline water electrolysis--
The manufacturing method of the anode for alkaline water electrolysis according to the present embodiment is not particularly limited. As a preferable manufacturing method, Raney nickel is covered by dispersion plating using expanse nickel as a base material, and the method of developing with 32 wt% alkali is mentioned.

−−陰極−−
陰極２ｃとしては、特に限定されない。Ｒｕ−Ｌａ−Ｐｔ系、Ｒｕ−Ｃｅ系、Ｐｔ−Ｃｅ系、及びＰｔ−Ｉｒ系、Ｉｒ−Ｐｔ−Ｐｄ系、Ｐｔ−Ｎｉ系からなる群から選択される少なくとも一種のＰｔ族化合物を含むことが好ましい。また、熱分解型活性陰極であることが好ましい。前記陰極の基材の構造は、担体として比表面積を確保すること、及び、脱泡性を両立する点で、メッシュ構造であることが好ましい。--Cathode--
The cathode 2c is not particularly limited. Containing at least one Pt group compound selected from the group consisting of Ru-La-Pt system, Ru-Ce system, Pt-Ce system, Pt-Ir system, Ir-Pt-Pd system, Pt-Ni system Is preferred. Moreover, it is preferable that it is a thermal decomposition type active cathode. The structure of the base material of the cathode is preferably a mesh structure in terms of securing a specific surface area as a carrier and degassing.

陰極の触媒層は元素として、アルカリに対する耐久性と、水素発生に対する活性が高い点で、ニッケルを含むことが好ましい。触媒層は、酸化ニッケル、金属ニッケル、水酸化ニッケル及びニッケル合金から選ばれる少なくとも一種のニッケル化合物を含むことが好ましい。   The catalyst layer of the cathode preferably contains nickel as an element in terms of durability against alkali and high activity against hydrogen generation. The catalyst layer preferably contains at least one nickel compound selected from nickel oxide, metallic nickel, nickel hydroxide and a nickel alloy.

特に、陰極の基材が、０．０５〜０．５ｍｍの範囲の線形を有し、目開きが３０メッシュ〜８０メッシュの範囲を有することが好ましい。この範囲にすることで、陰極として、メッシュの機械的強度を保ちつつ、担体として必要な比表面積、脱泡性を発現することができる。陽極の導電性基材のメッシュの開口率を２０％〜６０％の範囲にすることで、メッシュの機械的強度を保ちつつ、担体として必要な比表面積、脱泡性を発現することができる。
なお、電極の開口率は、下記の方法で測定することができる。
エキスパンドメタルを基材とした電極を５ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさに切り出し、卓上顕微鏡Ｍｉｎｉｓｃｏｐｅ ＴＭ３０００（株式会社日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて、短目方向中心間距離ＳＷ、長目方向中心間距離ＬＷ、ボンド長さＢ、開口部の単目方向長さＳＷＯ、開口部の長目方向長さＬＷＯを測量した。これらの値を用いて、下記式に従って、開口率を算出した。
開口率＝ＳＷＯ×（ＬＷＯ＋Ｂ）×１００／（ＳＷ×ＬＷ）
また、平織メッシュを基材とした電極は、同様にＴＭ３０００を用いて目開きＡ、線径ｄを測量し、下記式に従って開口率（％）を算出した。
開口率＝（Ａ／（Ａ＋ｄ））２×１００
電極の開口率の算出方法は、エキスパンドメタルを基材とした電極と、平織メッシュを基材とした電極とで異なる。なお、エキスパンドメタル、平織メッシュ以外を基材とした電極の開口率は、電極を所定の大きさ（例えば５ｍｍ×５ｍｍ程度）に切り出し、水平に静置した該電極の中央部の鉛直方向上側から光を投射し、鉛直方向下側に電極を投影させ、光が透過した部分の総面積及び電極の投影面積（影と透過光との面積の合計）を測定して、以下の式に従って算出することができる。
開口率＝（光が透過した部分の総面積）／（電極の投影面積）×１００In particular, it is preferable that the base material of the cathode has a linear range of 0.05 to 0.5 mm, and the openings have a range of 30 mesh to 80 mesh. Within this range, the specific surface area required for the carrier and the degassing property can be exhibited while maintaining the mechanical strength of the mesh as the cathode. By setting the opening ratio of the mesh of the conductive substrate of the anode to be in the range of 20% to 60%, the specific surface area necessary for the carrier and the degassing property can be developed while maintaining the mechanical strength of the mesh.
The aperture ratio of the electrode can be measured by the following method.
An electrode made of expanded metal as a base material is cut out to a size of about 5 mm × 5 mm, and using a bench-top microscope MiniscopeTM 3000 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), center-to-center distance SW in the short direction and center distance in the long direction The LW, the bond length B, the single direction length SWO of the opening, and the long direction length LWO of the opening were measured. The aperture ratio was calculated according to the following equation using these values.
Aperture ratio = SWO x (LWO + B) x 100 / (SW x LW)
Moreover, the electrode which used the plain weave mesh as a base material similarly measured the opening A and the wire diameter d using TM3000, and calculated the aperture ratio (%) according to the following formula.
Aperture ratio = (A / (A + d)) 2 × 100
The calculation method of the aperture ratio of an electrode differs by the electrode which made the expanded metal the base material, and the electrode which made the plain weave mesh the base material. In addition, the aperture ratio of the electrode which used expanded metal and plain weave mesh as a base material cut out an electrode into a predetermined size (for example, about 5 mm x 5 mm), and was left still from the vertical direction upper side of the central part of the electrode. Light is projected, the electrode is projected vertically downward, and the total area of the part where light is transmitted and the projected area of the electrode (the sum of the area of the shadow and the transmitted light) are measured and calculated according to the following equation be able to.
Aperture ratio = (total area of light transmitting portion) / (projected area of electrode) × 100

−−アルカリ水電解用陰極の製造方法−−
本実施形態に係るアルカリ水電解用陰極の製造方法は、上述の陽極の製造方法と同様としてよい。--Manufacturing method of cathode for alkaline water electrolysis--
The method of manufacturing the cathode for alkaline water electrolysis according to the present embodiment may be the same as the method of manufacturing the anode described above.

−外枠−
本実施形態における外枠３の形状は、隔壁１を縁取ることができる限り特に限定されない。-Outer frame-
The shape of the outer frame 3 in the present embodiment is not particularly limited as long as the partition wall 1 can be edged.

−隔膜−
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０において用いられる隔膜４としては、イオンを導通しつつ、発生する水素ガスと酸素ガスを隔離するために、イオン透過性の隔膜４が使用される。このイオン透過性の隔膜４は、イオン交換能を有するイオン交換膜と、電解液を浸透することができる多孔膜が使用できる。このイオン透過性の隔膜４は、ガス透過性が低く、イオン伝導率が高く、電子電導度が小さく、強度が強いものが好ましい。-Diaphragm-
As the diaphragm 4 used in the bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis of the present embodiment, the ion-permeable diaphragm 4 is used to separate hydrogen gas and oxygen gas generated while conducting ions. Ru. The ion-permeable diaphragm 4 may be an ion exchange membrane having ion exchange ability and a porous membrane capable of permeating the electrolyte. The ion-permeable diaphragm 4 preferably has low gas permeability, high ion conductivity, low electron conductivity, and high strength.

−電極室−
本実施形態における複極式電解槽５０では、図２に示すとおり、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。-Electrode chamber-
In the bipolar electrolyzer 50 in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the partition 1, the outer frame 3 and the diaphragm 4 define an electrode chamber 5 through which the electrolyte passes.

−ガスケット−
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、隔壁１を縁取る外枠３同士の間に隔膜４を有するガスケット７が挟持されることが好ましい。
ガスケット７は、複極式エレメント６０と隔膜４の間、複極式エレメント６０間を電解液と発生ガスに対してシールするために使用され、電解液や発生ガスの電解槽外への漏れや両極室間におけるガス混合を防ぐことができる。-Gasket-
In the bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis of the present embodiment, it is preferable that the gasket 7 having the diaphragm 4 be held between the outer frames 3 bordering the partition wall 1.
The gasket 7 is used to seal between the bipolar element 60 and the diaphragm 4 and between the bipolar element 60 with respect to the electrolytic solution and the generated gas, and leakage of the electrolytic solution and the generated gas to the outside of the electrolytic cell It is possible to prevent gas mixing between the two electrode chambers.

−電荷保持体−
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、図２に示すように、陰極２ｃ又は陽極２ａと隔壁１との間に、導電性弾性体２ｅ及び集電体２ｒが、導電性弾性体２ｅが陰極２ｃ又は陽極２ａと集電体２ｒとに挟まれるように、設けられ、電解保持体をなしている。
電荷保持体は、アルカリに対する耐久性が高く、且つ、陽極に対して酸化還元電位が碑であり、電解停止時に陽極を還元することが出来るという点から、ニッケルを母体に含むことが好ましい。母体に酸化ニッケル、金属ニッケル、水酸化ニッケル及びニッケル合金から選ばれる少なくとも一種を含んでもよい。-Charge holder-
In the bipolar electrolytic cell 50 for alkaline water electrolysis according to this embodiment, as shown in FIG. 2, the conductive elastic body 2 e and the current collector 2 r are electrically conductive between the cathode 2 c or the anode 2 a and the partition wall 1. The elastic body 2e is provided so as to be sandwiched between the cathode 2c or the anode 2a and the current collector 2r, and forms an electrolytic support.
The charge carrier preferably contains nickel as a base, from the viewpoint that the resistance to alkali is high, the redox potential is a monument with respect to the anode, and the anode can be reduced at the time of termination of the electrolysis. The base may contain at least one selected from nickel oxide, metallic nickel, nickel hydroxide and a nickel alloy.

陰極室が、さらに導電性弾性体２ｅと集電体２ｇを内包しており、導電性弾性体２ｅが、陰極室と集電体との間で電気的に接続した状態で圧縮収容されており、陰極集電体の一部が前記電荷保持体で構成されてもよい。これにより、電荷保持体を付加的に取り付けることによる、セルの重量の増加を抑えることができる。   The cathode chamber further encloses the conductive elastic body 2e and the current collector 2g, and the conductive elastic body 2e is compressed and housed in a state of being electrically connected between the cathode chamber and the current collector. A part of the cathode current collector may be constituted by the charge carrier. This makes it possible to suppress the increase in cell weight due to the additional attachment of the charge carrier.

電荷保持体の表面層は、さらに元素としてニッケルを含むことが好ましい。この表面層は、酸化ニッケル、金属ニッケル（ニッケルの金属結晶）、水酸化ニッケル及びからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。表面層は、ニッケルとその他の金属とから構成される合金を含んでもよい。表面層が金属ニッケルからなることが特に好ましい。なお、表面層は、チタン、クロム、モリブデン、コバルト、タンタル、ジルコニウム、アルミニウム、亜鉛、白金族及び希土類元素等からなる群より選ばれる少なくとも一種をさらに含んでもよい。   The surface layer of the charge carrier preferably further contains nickel as an element. The surface layer preferably contains at least one selected from the group consisting of nickel oxide, metallic nickel (metal crystals of nickel), nickel hydroxide and the like. The surface layer may include an alloy composed of nickel and other metals. It is particularly preferred that the surface layer consists of metallic nickel. The surface layer may further contain at least one selected from the group consisting of titanium, chromium, molybdenum, cobalt, tantalum, zirconium, aluminum, zinc, a platinum group, a rare earth element, and the like.

電荷保持体の製造方法としては、特に限定されないが、陽極と同様の製造方法が挙げられる。   The method for producing the charge carrier is not particularly limited, but includes the same production method as that for the anode.

−ヘッダー−
アルカリ水電解用複極式電解槽５０は、電解セル６５毎に、陰極室５ｃ、陽極室５ａを有する。電解槽５０で、電気分解反応を連続的に行うためには、各電解セル６５の陰極室５ｃと陽極室５ａとに電気分解によって消費される原料を十分に含んだ電解液を供給し続ける必要がある。-Header-
The alkaline water electrolysis bipolar electrolyzer 50 has a cathode chamber 5 c and an anode chamber 5 a for each electrolysis cell 65. In order to carry out the electrolysis reaction continuously in the electrolytic cell 50, it is necessary to continue supplying an electrolytic solution containing a material sufficiently consumed by the electrolysis to the cathode chamber 5c and the anode chamber 5a of each electrolysis cell 65 There is.

電解セル６５は、複数の電解セル６５に共通するヘッダー１０と呼ばれる電解液の給排配管と繋がっている。一般に、陽極用配液管は陽極入口ヘッダー１０ａｉ、陰極用配液管は陰極入口ヘッダー１０ｃｉ、陽極用集液管は陽極出口ヘッダー１０ａｏ、陰極用集液管は陰極出口ヘッダー１０ｃｏと呼ばれる。電解セル６５はホース等を通じて各電極用配液管及び各電極用集液管と繋がっている。   The electrolysis cell 65 is connected to an electrolyte supply / discharge pipe called a header 10 common to the plurality of electrolysis cells 65. Generally, the anode fluid distribution tube is called an anode inlet header 10ai, the cathode fluid distribution tube is called a cathode inlet header 10ci, the anode fluid collection tube is called an anode outlet header 10ao, and the cathode fluid collection tube is called a cathode outlet header 10co. The electrolysis cell 65 is connected to the liquid distribution pipe for each electrode and the liquid collection pipe for each electrode through a hose or the like.

ヘッダー１０の材質は特に限定されないが、使用する電解液の腐食性や、圧力や温度等の運転条件に十分耐えうるものを採用する必要がある。ヘッダー１０の材質に、鉄、ニッケル、コバルト、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ，ＰＦＡ、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等を採用しても良い。   The material of the header 10 is not particularly limited, but it is necessary to adopt one that can sufficiently withstand the corrosiveness of the electrolyte to be used and the operating conditions such as pressure and temperature. As the material of the header 10, iron, nickel, cobalt, PTFE, ETFE, PFA, polyvinyl chloride, polyethylene or the like may be adopted.

本実施形態において、電極室５の範囲は、隔壁１の外端に設けられる外枠３の詳細構造により、変動するところ、外枠３の詳細構造は、外枠３に取り付けられるヘッダー１０（電解液を配液又は集液する管）の配設態様により異なることがある。複極式電解槽５０のヘッダー１０の配設態様としては、内部ヘッダー１０Ｉ型及び外部ヘッダー１０Ｏ型が代表的である。   In the present embodiment, the range of the electrode chamber 5 varies depending on the detailed structure of the outer frame 3 provided at the outer end of the partition wall 1. The detailed structure of the outer frame 3 is the header 10 attached to the outer frame 3 It may differ depending on the arrangement of the tubes for liquid distribution or collection. As a disposition mode of the header 10 of the bipolar electrolytic cell 50, an inner header 10I type and an outer header 10O type are representative.

−内部ヘッダー−
内部ヘッダー１０Ｉ型とは、複極式電解槽５０とヘッダー１０（電解液を配液又は集液する管）とが一体化されている形式をいう。-Inner header-
The internal header 10I type refers to a type in which the bipolar electrolytic cell 50 and the header 10 (a pipe for supplying or collecting an electrolytic solution) are integrated.

内部ヘッダー１０Ｉ型複極式電解槽５０では、より具体的には、陽極入口ヘッダー１０Ｉａｉ及び陰極入口ヘッダー１０Ｉｃｉが、隔壁１内及び／又は外枠３内の下部に設けられ、且つ、隔壁１に垂直な方向に延在するように設けられ、また、陽極出口ヘッダー１０Ｉａｏ及び陰極出口ヘッダー１０Ｉｃｏが、隔壁１内及び／又は外枠３内の上部に設けられ、且つ、隔壁１に垂直な方向に延在するように設けられる。   More specifically, in the inner header 10I type bipolar electrolytic cell 50, the anode inlet header 10Iai and the cathode inlet header 10Ici are provided in the lower portion in the partition 1 and / or in the outer frame 3, and in the partition 1 It is provided to extend in the vertical direction, and an anode outlet header 10Iao and a cathode outlet header 10Ico are provided at the top in the partition 1 and / or the outer frame 3 and in the direction perpendicular to the partition 1 It is provided to extend.

内部ヘッダー１０Ｉ型複極式電解槽５０が内在的に有する、陽極入口ヘッダー１０Ｉａｉと、陰極入口ヘッダー１０Ｉｃｉと、陽極出口ヘッダー１０Ｉａｏと、陰極出口ヘッダー１０Ｉｃｏを総称して、内部ヘッダー１０Ｉと呼ぶ。   An anode inlet header 10Iai, a cathode inlet header 10Ici, an anode outlet header 10Iao, and a cathode outlet header 10Ico inherently included in the inner header 10I type bipolar electrolytic cell 50 are collectively referred to as an inner header 10I.

図４及び図５に示す内部ヘッダー１０Ｉ型の例では、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの下方に位置する部分の一部に、陽極入口ヘッダー１０Ｉａｉと陰極入口ヘッダー１０Ｉｃｉとを備えており、また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの上方に位置する部分の一部に、陽極出口ヘッダー１０Ｉａｏと陰極出口ヘッダー１０Ｉｃｏとを備えている。   In the example of the inner header 10I type shown in FIGS. 4 and 5, the anode inlet header 10Iai and the cathode inlet header 10Ici are provided on a part of the lower part of the outer frame 3 at the edge of the partition 1 Similarly, in a part of the upper portion of the outer frame 3 at the end edge of the partition wall 1, an anode outlet header 10Iao and a cathode outlet header 10Ico are provided.

−外部ヘッダー−
外部ヘッダー１０Ｏ型とは、複極式電解槽５０とヘッダー１０（電解液を配液又は集液する管）とが独立している形式をいう。-Outer header-
The external header 10O type refers to a type in which the bipolar electrolyzer 50 and the header 10 (a pipe for supplying or collecting an electrolytic solution) are independent.

外部ヘッダー１０Ｏ型複極式電解槽５０は、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉと、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉとが、電解セル６５の通電面に対し、垂直方向に、電解槽５０と並走する形で、独立して設けられる。この陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ及び陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉと、各電解セル６５が、ホースで接続される。   The external header 10 O type bipolar electrolytic cell 50 is independent of the anode inlet header 10 Oai and the cathode inlet header 10 Oci in parallel with the electrolytic cell 50 in a direction perpendicular to the current-carrying surface of the electrolytic cell 65. Provided. Each of the electrolytic cells 65 is connected by a hose to the anode inlet header 10Oai and the cathode inlet header 10Oci.

外部ヘッダー１０Ｏ型複極式電解槽５０に外在的に接続される、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉと、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉと、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏと、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏを総称して、外部ヘッダー１０Ｏと呼ぶ。
外部ヘッダー１０Ｏ型の例では、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの下方に位置する部分に設けられたヘッダー１０用貫通孔に、管腔状部材が設置され、管腔状部材が、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ及び陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉに接続されており、また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの上方に位置する部分に設けられたヘッダー１０用貫通孔に、管腔状部材（例えば、ホースやチューブ等）が設置され、かかる管腔状部材が、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ及び陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏに接続されている。Anode inlet header 10Oai, cathode inlet header 10Oci, anode outlet header 10Oao, and cathode outlet header 10Oco, which are externally connected to the outer header 10O type bipolar electrolytic cell 50, are collectively referred to as the outer header 10O Call.
In the example of the outer header 10O type, a tubular member is installed in the through hole for the header 10 provided in the lower part of the outer frame 3 at the edge of the partition wall 1, and the tubular member is , Through-holes for header 10 provided in an upper portion of outer frame 3 at the edge of partition 1 connected to anode inlet header 10 Oai and cathode inlet header 10 Oci. A tubular member (for example, a hose, a tube, etc.) is installed, and such a tubular member is connected to the anode outlet header 10Oao and the cathode outlet header 100oco.

（アルカリ水電解用電解装置）
図５に、本実施形態のアルカリ水電解用電解装置の概要を示す。
本実施形態の複極式水電解槽を、他の要素も含む電解装置にして、水素製造装置として使用することで、電解効率が高い水素製造装置が提供できる。
本実施形態のアルカリ水電解用電解装置は、少なくとも、本実施形態の複極式水電解槽５０、気液分離タンク７２（水素分離タンク７２ｈ、酸素分離タンク７２ｏ）、電解液循環ポンプ７１、水投入ポンプ７３、電気分解用の電力供給用の整流器７４を具備する。
本実施形態のアルカリ水電解用電解装置７０は、上記以外にも、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器７９、圧力制御弁８０を備えてよい。(Electrolyzer for alkaline water electrolysis)
The outline | summary of the electrolyzer for alkaline water electrolysis of this embodiment is shown in FIG.
By using the bipolar water electrolytic cell of the present embodiment as an electrolysis apparatus including other elements as a hydrogen production apparatus, a hydrogen production apparatus having high electrolysis efficiency can be provided.
The electrolytic device for alkaline water electrolysis of the present embodiment includes at least a bipolar water electrolytic tank 50 of the present embodiment, a gas-liquid separation tank 72 (hydrogen separation tank 72 h, oxygen separation tank 72 o), an electrolyte circulation pump 71, water A charge pump 73 and a rectifier 74 for supplying power for electrolysis are provided.
The electrolysis apparatus 70 for alkaline water electrolysis of this embodiment may be equipped with an oximeter 75, a hydrogen concentration meter 76, a flow meter 77, a pressure gauge 78, a heat exchanger 79, and a pressure control valve 80 besides the above.

本実施形態のアルカリ水電解用電解装置７０によれば、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態によれば、再生可能エネルギー等の変動電源での運転時に、高効率での水素製造を実現することが可能となり、電力供給を停止した際に生じる自己放電を低減して、電気制御システムの安定化が可能となる。本実施形態によれば、さらには、高効率での電力の貯蔵、具体的には、ポンプ動力の低減やリーク電流の低減を実現することが可能となる。According to the alkaline water electrolysis electrolytic device 70 of the present embodiment, the effects of the alkaline water electrolysis bipolar electrolytic cell of the present embodiment can be obtained.
That is, according to the present embodiment, it is possible to realize hydrogen production with high efficiency at the time of operation with a fluctuating power source such as renewable energy, and reduce self-discharge generated when power supply is stopped, It is possible to stabilize the electrical control system. According to this embodiment, it is further possible to realize storage of power with high efficiency, specifically, reduction of pump power and reduction of leakage current.

（アルカリ水電解方法）
本実施形態のアルカリ水電解方法は、本実施形態のアルカリ水電解用電解装置７０を用いて、実施することができる。(Alkaline water electrolysis method)
The alkaline water electrolysis method of this embodiment can be implemented using the electrolysis apparatus 70 for alkaline water electrolysis of this embodiment.

以上、図面を参照して、本発明の実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽、アルカリ水電解用電解装置、アルカリ水電解方法について例示説明したが、本発明のアルカリ水電解用複極式電解槽、アルカリ水電解用電解装置、アルカリ水電解方法は、上記の例に限定されることはなく、上記実施形態には、適宜変更を加えることができる。   As described above, the bipolar electrode electrolytic cell for alkaline water electrolysis, the electrolytic device for alkaline water electrolysis, and the alkaline water electrolysis method of the embodiment of the present invention have been described with reference to the drawings, but the bipolar electrode for alkaline water electrolysis of the present invention The type electrolytic cell, the electrolytic device for alkaline water electrolysis, and the alkaline water electrolysis method are not limited to the examples described above, and appropriate modifications can be made to the above embodiment.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples.

アルカリ水電解用複極式セル及びそれを用いたアルカリ水電解装置は、下記のとおり作製した。   A bipolar cell for alkaline water electrolysis and an alkaline water electrolysis apparatus using the same were produced as follows.

−隔壁、外枠−
複極式エレメントとして、陽極と陰極とを区画する隔壁と、隔壁を取り囲む外枠３と、を備えたものを用いた。隔壁及び複極式エレメントのフレーム等の電解液に接液する部材の材料は、全てニッケルとした。-Bulkhead, outer frame-
As the bipolar element, one provided with a partition separating an anode and a cathode and an outer frame 3 surrounding the partition was used. The material of the members in contact with the electrolytic solution such as the partition walls and the frame of the bipolar element was all nickel.

−陽極−
導電性基材として，エクスパンドニッケル開口率：５０％）を用いて、ブラスト処理を行った。導電性基材を切削加工により、５０ｃｍ角に調整し、陽極サンプルＡとした。
陽極サンプルＡを５Ｎ−ＨＣｌ水溶液に１０分間浸漬し、陽極サンプルＢとした。
陽極サンプルＢを用いて、分散メッキにてラネーニッケル合金を被覆し、３２ｗｔ％、８０℃のＮａＯＨ水溶液に、１０時間浸漬し、ラネーニッケル合金中のＡｌを溶かした。上記工程により、陽極サンプルＣを得た。
陽極サンプルＣを６枚重ねにして積層し、それぞれ等しい電位になるように接続した陽極サンプルＤを用意した。
陽極サンプルＣを８枚重ねにして積層し、それぞれ等しい電位になるように接続した陽極サンプルＥを用意した。-Anode-
Blasting was performed using an expanded nickel aperture ratio of 50% as a conductive substrate. The conductive base material was adjusted to 50 cm square by cutting, and was used as an anode sample A.
The anode sample A was immersed in a 5 N HCl aqueous solution for 10 minutes to obtain an anode sample B.
The anode sample B was used to coat a Raney nickel alloy by dispersion plating, and immersed in a 32 wt% aqueous NaOH solution at 80 ° C. for 10 hours to dissolve Al in the Raney nickel alloy. An anode sample C was obtained by the above process.
Six anode samples C were stacked and stacked, and anode samples D were prepared so as to be at the same potential.
Anode samples E were prepared by stacking eight anode samples C in layers and connecting them so as to have the same potential.

導電性基材として，エクスパンドニッケルを用いて、ブラスト処理を行った。上述と同様に、導電性基材を切削加工により、５０ｃｍ角に調整し、陽極サンプルＡとした。上述と同様に、陽極サンプルＡを５Ｎ−ＨＣｌ水溶液に１０分間浸漬し、陽極サンプルＢとした。陽極サンプルＢを用いて、陽極サンプルＣの８倍の時間、分散メッキにてラネーニッケル合金を被覆し、３２ｗｔ％、８０℃のＮａＯＨ水溶液に、１０時間浸漬し、ラネーニッケル合金中のＡｌを溶かした。上記工程により、陽極サンプルＦを得た。   Blasting was performed using expanded nickel as a conductive substrate. In the same manner as described above, the conductive base material was adjusted to 50 cm square by cutting, and was used as an anode sample A. As described above, the anode sample A was immersed in a 5N HCl aqueous solution for 10 minutes to obtain an anode sample B. The anode sample B was used to coat the Raney nickel alloy by dispersion plating for 8 times the time of the anode sample C, and immersed in a 32 wt% aqueous NaOH solution at 80 ° C. for 10 hours to dissolve Al in the Raney nickel alloy. An anode sample F was obtained by the above process.

（（陽極サンプルの陽極（酸素極）電位の測定））
陽極サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを一枚用意し、フッ素樹脂製ビーカーを３０ｗｔ％ＫＯＨの電解液で満たした、その中に浸漬させた。ＫＯＨの水溶液の温度は９０℃に維持した。陽極サンプル、白金金網（対極）及び対極の周りを覆うフッ素樹脂の筒を備え、これらの電気伝導性が確保された装置で、陽極サンプルに対して、０．４Ａ／ｃｍ２の電流密度の酸化電流を流し、３０分間、水素を発生させた。その後、０．０５Ａ／ｃｍ２の還元電流を流し、陽極サンプルの電位の変化を測定した。この電位変化を、流した電流のトータル保有電荷量（電気容量）に対してプロットして、陽極サンプルの酸化曲線とした。((Measurement of anode (oxygen electrode) potential of anode sample))
One anode sample A, B, C, D, E, F was prepared, and immersed in a fluororesin beaker filled with an electrolyte solution of 30 wt% KOH. The temperature of the aqueous solution of KOH was maintained at 90.degree. Anodized sample, platinum wire mesh (counter electrode) and a tube of fluorocarbon resin covering the periphery of the counter electrode, in a device in which the electric conductivity is ensured, oxidation of a current density of 0.4 A / cm 2 to the anode sample An electric current was applied to generate hydrogen for 30 minutes. Thereafter, a reduction current of 0.05 A / cm 2 was applied to measure the change in potential of the anode sample. This potential change was plotted against the total amount of retained charge (capacitance) of the flowed current to obtain an oxidation curve of the anode sample.

測定は、対極として、メッシュ状の白金電極を用いて、温度９０℃にて行った。フッ素樹脂の筒としては、その周りに多数の１ｍｍφの穴を開けたものを用いた。陽極サンプルの陽極電位は、液抵抗によるオーム損の影響を排除するために、ルギン管を使用する三電極法によって測定した。ルギン管の先端と陽極との間隔は、常に０．０５ｍｍに固定した。三電極法用の参照極としては、銀−塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を用いた。   The measurement was performed at a temperature of 90 ° C., using a mesh-like platinum electrode as a counter electrode. As the fluorocarbon resin cylinder, one having a large number of holes of 1 mm in diameter was used. The anode potential of the anode sample was measured by a three-electrode method using a Lugin tube to eliminate the influence of ohmic loss due to liquid resistance. The distance between the tip of the Luggin tube and the anode was always fixed at 0.05 mm. Silver-silver chloride (Ag / AgCl) was used as a reference electrode for the three-electrode method.

（（酸素発生時に陽極（酸素極）室内に蓄えられる正の保有電荷量（電気容量）の測定））
陽極サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆについて測定した、陽極サンプルの還元曲線において、陽極電位が０Ｖ（ｖ．ｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）になるまで流した電流のトータル電荷量を酸素発生時に陽極室に蓄えられる正の保有電荷量（電気容量）（Ｃ／ｍ２）とした。((Measurement of the amount of positive charge (electric capacity) stored in the anode (oxygen electrode) chamber when oxygen is generated))
In the reduction curves of the anode samples measured for the anode samples A, B, C, D, E, and F, the total charge of the current flowed until the anode potential became 0 V (vs Ag / AgCl) was generated by oxygen The positive charge amount (electric capacity) (C / m 2 ) that is sometimes stored in the anode chamber is used.

陽極サンプルＡの正の保有電荷量（電気容量）は、３６６７Ｃ／ｍ２だった。陽極サンプルＢの正の保有電荷量（電気容量）は、５０１８Ｃ／ｍ２だった。陽極サンプルＣの正の保有電荷量（電気容量）は、１４８６１０Ｃ／ｍ２だった。陽極サンプルＤの正の保有電荷量（電気容量）は、９５５３５０Ｃ／ｍ２だった。陽極サンプルＥの正の保有電荷量（電気容量）は、１０６１５００Ｃ／ｍ２だった。陽極サンプルＦの正の保有電荷量（電気容量）は、４４５８３０Ｃ／ｍ２だった。The positive charge amount (electric capacity) of the anode sample A was 3667 C / m 2 . The positive charge amount (capacitance) of the anode sample B was 5018 C / m 2 . The positive charge amount (capacitance) of the anode sample C was 148,610 C / m 2 . The amount of positive charge (capacitance) of the anode sample D was 955,350 C / m 2 . The amount of positive charge (capacitance) of the anode sample E was 106,1500 C / m 2 . The positive charge amount (capacitance) of the anode sample F was 445,830 C / m 2 .

陽極サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆの陽極一枚当たりの実比表面積を測定した。陽極サンプルＤ、Ｅは、陽極サンプルの陽極一枚当たりの実比表面積は陽極サンプルＣと同じだった。
陽極サンプルＡの実比表面積は、９１ｍ２／ｍ２だった。陽極サンプルＢの正の実非常面積は、１２５ｍ２／ｍ２だった。陽極サンプルＣの実比表面積は、３７００ｍ２／ｍ２だった。陽極サンプルＦの実比表面積は、１１１００ｍ２／ｍ２だった。The actual specific surface area per anode of anode samples A, B, C, F was measured. As for the anode samples D and E, the actual specific surface area per anode of the anode sample was the same as that of the anode sample C.
The actual specific surface area of the anode sample A was 91 m 2 / m 2 . The positive real emergency area of the anode sample B was 125 m 2 / m 2 . The actual specific surface area of the anode sample C was 3700 m 2 / m 2 . Actual specific surface area of the anode sample F was a 11100m 2 / m 2.

（（陽極の触媒層の第一細孔及び第二細孔の比表面積及び細孔容積））
陽極の触媒層の孔径が２〜５ｎｍの範囲内である第一細孔の比表面積は、陽極サンプルＡとＢで１０−５ｍ２／ｇ以下、陽極サンプルＣ、Ｄ、Ｅで１．５ｍ２／ｇ、陽極サンプルＦで４．５ｍ２／ｇであった。
第一細孔の細孔容積は、陽極サンプルＡとＢで１０−６ｍｌ／ｇ以下、陽極サンプルＣ、Ｄ、Ｅで４×１０−４ｍｌ／ｇ、陽極サンプルＦで５×１０−５ｍｌ／ｇであった。
陽極の触媒層の孔径が０．０１〜２．００ｎｍの範囲内である第二細孔の比表面積は、陽極サンプルＡとＢで０．１ｍ２／ｇ以下、陽極サンプルＣ、Ｄ、Ｅで２．５ｍ２／ｇ、陽極サンプルＦで１０．５ｍ２／ｇであった。
第二細孔の細孔容積は、陽極サンプルＡとＢで０．１ｍｌ／ｇ以下、陽極サンプルＣ、Ｄ、Ｅで０．１ｍｌ／ｇ、陽極サンプルＦで０．４５ｍｌ／ｇであった。((Specific surface area and pore volume of first and second pores of catalyst layer of anode))
The specific surface area of the first pore, in which the pore diameter of the catalyst layer of the anode is in the range of 2 to 5 nm, is 10 −5 m 2 / g or less for anode samples A and B, and 1.5 m for anode samples C, D and E It was 4.5 m 2 / g for 2 / g and anode sample F.
The pore volume of the first pore is 10 −6 ml / g or less for anode samples A and B, 4 × 10 −4 ml / g for anode samples C, D and E, 5 × 10 −5 for anode sample F It was ml / g.
The specific surface area of the second pore in which the pore diameter of the catalyst layer of the anode is in the range of 0.01 to 2.00 nm is 0.1 m 2 / g or less for the anode samples A and B, and for the anode samples C, D, and E 2.5 m 2 / g, was 10.5 m 2 / g at the anode sample F.
The pore volume of the second pore was 0.1 ml / g or less for anode samples A and B, 0.1 ml / g for anode samples C, D and E, and 0.45 ml / g for anode sample F.

（（陽極の触媒層の厚み・外観））
陽極の触媒層の厚みは、陽極サンプルＡとＢで１０μｍ以下、陽極サンプルＣ、Ｄ、Ｅで２００μｍ、陽極サンプルＦで１０００μｍであった。
陽極の触媒層には、ニッケルの金属結晶が含まれていた。((The thickness and appearance of the anode catalyst layer))
The thickness of the catalyst layer of the anode was 10 μm or less for anode samples A and B, 200 μm for anode samples C, D and E, and 1000 μm for anode sample F.
The catalyst layer of the anode contained metal crystals of nickel.

−陰極−
マイクロメッシュ（線径：０．１ｍｍ、５０メッシュ）状の活性陰極（Ｐｔ系の熱分解活性陰極）を切断加工により、５０ｃｍ角に調整して陰極を作製した。-Cathode-
An active cathode (Pt-based thermal decomposition active cathode) in the form of a micro mesh (wire diameter: 0.1 mm, 50 mesh) was cut to a size of 50 cm square to prepare a cathode.

−電荷保持体（構造体）−
導電性基材として，エクスパンドニッケルを用いて、ブラスト処理を行った。導電性基材を切削加工により、５０ｃｍ角に調整した。５Ｎ−ＨＣｌ水溶液に１０分間浸漬した。分散メッキにてラネーニッケル合金を被覆し、３２ｗｔ％、８０℃のＮａＯＨ水溶液に、１０時間浸漬し、ラネーニッケル合金中のＡｌを溶かした。上記工程により、活物質として機能する構造体を得た。-Charge holder (structure)-
Blasting was performed using expanded nickel as a conductive substrate. The conductive substrate was adjusted to 50 cm square by cutting. Immersed in 5 N HCl aqueous solution for 10 minutes. The Raney nickel alloy was coated by dispersion plating and immersed in a 32 wt% aqueous NaOH solution at 80 ° C. for 10 hours to dissolve Al in the Raney nickel alloy. Through the above steps, a structure which functions as an active material is obtained.

陰極を、縦５０ｃｍ×縦５０ｃｍに調整し、陰極サンプルＧとした。
構造体を、縦５０ｃｍ×横５．７３ｃｍに調整し、陰極サンプルＧと重ね合わせ、陰極サンプルＡとした。
構造体を、縦５０ｃｍ×横０．７３ｃｍに調整し、陰極サンプルＧと重ね合わせ、陰極サンプルＢとした。
構造体を、縦５０ｃｍ×横１１．９８ｃｍに調整し、陰極サンプルＧと重ね合わせ、陰極サンプルＣとした。
構造体を、縦５０ｃｍ×横１８．８６ｃｍに調整し、陰極サンプルＧと重ね合わせ、陰極サンプルＤとした。
構造体を、縦５０ｃｍ×横５０ｃｍに調整し、これを３枚重ねにしたものを、陰極サンプルＧと重ね合わせ、陰極サンプルＥとした。
構造体を、縦５０ｃｍ×横５０ｃｍに調整し、これを４枚重ねにしたものを、陰極サンプルＧと重ね合わせ、陰極サンプルＦとした。The cathode was adjusted to be 50 cm long × 50 cm long, and was used as a cathode sample G.
The structure was adjusted to be 50 cm long × 5.73 cm wide, and was superimposed on the cathode sample G to obtain a cathode sample A.
The structure was adjusted to be 50 cm long × 0.73 cm wide, and was superimposed on the cathode sample G to obtain a cathode sample B.
The structure was adjusted to be 50 cm long × 11.98 cm wide, and was superimposed on the cathode sample G to obtain a cathode sample C.
The structure was adjusted to be 50 cm long × 18.86 cm wide, and was superimposed on the cathode sample G to obtain a cathode sample D.
The structure was adjusted to 50 cm long × 50 cm wide, and a stack of three sheets was stacked on the cathode sample G to obtain a cathode sample E.
The structure was adjusted to 50 cm long × 50 cm wide, and a stack of four sheets was superimposed on the cathode sample G to obtain a cathode sample F.

（陽極及び陰極の電気容量）
以下のとおり、電解セルの陽極及び陰極の電気容量（Ｃ／ｍ２）を測定した。(Electric capacity of anode and cathode)
The electric capacity (C / m 2 ) of the anode and the cathode of the electrolysis cell was measured as follows.

（（陰極サンプルの酸化曲線の測定））
陰極サンプルＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、各々一枚ずつ用意し、フッ素樹脂製ビーカーを３０ｗｔ％ＫＯＨの電解液で満たした、その中に浸漬させた。ＫＯＨの水溶液の温度は９０℃に維持した。陰極サンプル、白金金網（対極）及び対極の周りを覆うフッ素樹脂の筒を備え、これらの電気伝導性が確保された装置で、陰極サンプルに対して、０．４Ａ／ｃｍ２の電流密度の還元電流を流し、３０分間、水素を発生させた。その後、０．０５Ａ／ｃｍ２の酸化電流を流し、陰極サンプルの電位の変化を測定した。この電位変化を、流した電流のトータル電荷量に対してプロットして、陰極サンプルの酸化曲線とした。((Measurement of oxidation curve of cathode sample))
Cathode samples A, B, C, D, E, F, and G were prepared one by one, and immersed in a fluororesin beaker filled with an electrolyte solution of 30 wt% KOH. The temperature of the aqueous solution of KOH was maintained at 90.degree. A cathode sample, platinum wire mesh (counter electrode) and a tube of fluorocarbon resin covering the periphery of the counter electrode, in a device in which the electrical conductivity is ensured, reduction of the current density of 0.4 A / cm 2 to the cathode sample An electric current was applied to generate hydrogen for 30 minutes. Thereafter, an oxidation current of 0.05 A / cm 2 was applied to measure a change in potential of the cathode sample. This potential change was plotted against the total charge of the applied current to obtain an oxidation curve of the cathode sample.

測定は、対極として、メッシュ状の白金電極を用いて、温度９０℃にて行った。フッ素樹脂の筒としては、その周りに多数の１ｍｍφの穴を開けたものを用いた。陰極サンプルの陰極（水素極）電位は、液抵抗によるオーム損の影響を排除するために、ルギン管を使用する三電極法によって測定した。ルギン管の先端と陰極サンプルとの間隔は、常に０．０５ｍｍに固定した。三電極法用の参照極としては、銀−塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を用いた。   The measurement was performed at a temperature of 90 ° C., using a mesh-like platinum electrode as a counter electrode. As the fluorocarbon resin cylinder, one having a large number of holes of 1 mm in diameter was used. The cathode (hydrogen electrode) potential of the cathode sample was measured by a three-electrode method using a Lugin tube in order to eliminate the influence of the ohmic loss due to the liquid resistance. The distance between the tip of the Luggin tube and the cathode sample was always fixed at 0.05 mm. Silver-silver chloride (Ag / AgCl) was used as a reference electrode for the three-electrode method.

（（水素発生時に陰極室内に蓄えられる負の保有電荷量（電気容量）の測定））
陰極サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇについて、測定した陰極サンプルの酸化曲線において、陰極電位が−０．８Ｖ（ｖ．ｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）になるまで流した電流のトータル電荷量を水素発生時に陰極室に蓄えられる負の保有電荷量（電気容量）とした。((Measurement of the amount of negative charge (electric capacity) stored in the cathode chamber when hydrogen is generated))
In the oxidation curves of the cathode samples A, B, C, D, E, F, G, in the oxidation curve of the cathode sample, the total of the currents flowed until the cathode potential became −0.8 V (vs Ag / AgCl) The amount of charge was taken as the amount of negative charge (electric capacity) stored in the cathode chamber at the time of hydrogen generation.

陰極サンプルＡの負の保有電荷量（電気容量）は、４８２５０Ｃ／ｍ２だった。陰極サンプルＢの負の保有電荷量（電気容量）は、９６５０Ｃ／ｍ２だった。陰極サンプルＣの負の保有電荷量（電気容量）は、９６５００Ｃ／ｍ２だった。陰極サンプルＤの負の保有電荷量（電気容量）は、１４９５７５Ｃ／ｍ２だった。陰極サンプルＥの負の保有電荷量（電気容量）は、８６８５００Ｃ／ｍ２だった。陰極サンプルＦの負の保有電荷量（電気容量）は、１１５８０００Ｃ／ｍ２だった。陰極サンプルＧの負の保有電荷量（電気容量）は、３９５６．５Ｃ／ｍ２だった。The negative charge amount (electric capacity) of the cathode sample A was 48250 C / m 2 . The negative charge amount (electric capacity) of the cathode sample B was 9650 C / m 2 . The negative charge amount (electric capacity) of the cathode sample C was 96500 C / m 2 . The negative charge amount (capacitance) of the cathode sample D was 149575 C / m 2 . The negative charge amount (capacitance) of the cathode sample E was 868,500 C / m 2 . The negative charge amount (electric capacity) of the cathode sample F was 1158000 C / m 2 . The negative charge amount (electric capacity) of the cathode sample G was 3956.5 C / m 2 .

本実施例において使用する電解槽は、陰極を有する陰極室、陽極を有する陽極室、陰極室と陽極室とを区画する隔膜、並びに陰極室及び陽極室に充填された電解液を具備する電解セルを備えるものとした。電解セルは、陰極を有する陰極室、陽極を有する陽極室、並びに陰極室と陽極室とを区画する隔膜を具備するものであった。陰極室と陽極室とは、隔膜を介して対向して配置された。陰極室及び陽極室は、それぞれ、電解液によって充填した。陰極、陽極、隔膜、及び電解液としては、それぞれ、水の電気分解において使用される公知の材料をした。   The electrolytic cell used in the present embodiment is an electrolytic cell comprising a cathode chamber having a cathode, an anode chamber having an anode, a diaphragm which divides the cathode chamber from the anode chamber, and an electrolytic solution filled in the cathode chamber and the anode chamber. Provided. The electrolysis cell was provided with a cathode chamber having a cathode, an anode chamber having an anode, and a diaphragm that separates the cathode chamber and the anode chamber. The cathode chamber and the anode chamber were disposed to face each other via the diaphragm. The cathode chamber and the anode chamber were each filled with an electrolyte. The cathode, the anode, the diaphragm, and the electrolyte were respectively made of known materials used in the electrolysis of water.

−隔膜−
ポリスルホン系多孔質膜を切断加工により、５０ｃｍ角に調整したものを隔膜サンプルとした。-Diaphragm-
The polysulfone-based porous membrane was cut to 50 cm square to obtain a diaphragm sample.

−複極式電解槽、複極式エレメント−
複極式エレメントを４９個使用し、図１に示すように、一方の端側で、ファストヘッド、絶縁板、陽極ターミナルユニットを配置し、さらに、陽極側ガスケット部分、隔膜、陰極側ガスケット部分、複極式エレメントをこの順に並べたものを４９組配置し、さらに、陽極側ガスケット部分、隔膜、電陰極側ガスケット部分を配置し、複極式電解槽を組み立てた。
この実施例においては、陰極室及び陽極室が、それぞれ５０室ある５０対の直列接続構造を有していた。-Bipolar electrolysis cell, Bipolar element-
Using 49 bipolar elements, as shown in Fig. 1, fast head, insulating plate, anode terminal unit are arranged at one end side, anode side gasket part, diaphragm, cathode side gasket part, 49 sets of arranged bipolar electrodes in this order were arranged, and further, an anode side gasket part, a diaphragm, and an electrocathode side gasket part were arranged, and a bipolar electrolytic cell was assembled.
In this embodiment, the cathode chamber and the anode chamber had 50 pairs of series connected structures each having 50 chambers.

−ガスケット−
ガスケットとして、ＥＰＤＭゴムを材質のものを用いた。-Gasket-
As a gasket, one made of EPDM rubber was used.

−ヘッダー、導管−
外部ヘッダー型の複極式エレメントを採用した。
図４に示すように、この実施例の複極式電解槽５０では、電解槽５０の筐体の外方に、電解液を配液及び集液するための導管２０（陽極用配液管２０Ｏａｉ、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陽極用集液管２０Ｏａｏ、陰極用集液管２０Ｏｃｏ）を設けた。更に、この電解槽５０では、これらの導管２０から電極室５に電解液を通過させるヘッダー１０としてのホース（陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉ、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏ）を、外部から取り付けた。
ここで、図４に示すように、ヘッダー１０（陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉ、陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉ、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏ、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏ）のいずれもが、複極式エレメント６０の隔壁１の側方から外方に延びるように、配置した。また、図４に示すように、導管２０（陽極用配液管２０Ｏａｉ、陰極用配液管２０Ｏｃｉ、陽極用集液管２０Ｏａｏ、陰極用集液管２０Ｏｃｏ）のいずれもが、複極式エレメント６０の隔壁１に垂直な方向に延びるように、配置した。
こうして、外部ヘッダー１０Ｏ型の電解槽５０を作製した。
陰極入口ヘッダー１０Ｏｃｉを介して陰極室５ｃへ、陰極室５ｃから陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏを介して、電解液を流した。また、陽極入口ヘッダー１０Ｏａｉを介して陽極室５ａへ、陽極室５ａから陽極出口ヘッダー１０Ｏｃｏを介して、電解液を流した。
図４に示すように、入口ホースは平面視で長方形の外枠３の下辺の一方端側に、出口ホースは平面視で長方形の外枠３の下辺の他方端側に繋がる側辺の上側に、それぞれ接続されている。ここでは、入口ホースと出口ホースとを、平面視で長方形の電極室５において電極室５の中央部を挟んで向かい合うように、設けた。電解液は、鉛直方向に対して傾斜しながら下方から上方へ流れ、電極面に沿って上昇した。
この実施例の複極式電解槽５０では、陽極室５ａや陰極室５ｃの入口ホースから、陽極室５ａや陰極室５ｃに、電解液が流入し、陽極室５ａや陰極室５ｃの出口ホースから、電解液と生成ガスとが、電解槽５０外へ流出する構造とした。
陰極室５ｃでは、電解により水素ガスが発生し、陽極室５ａでは、電解により酸素ガスが発生するため、前述した、陰極出口ヘッダー１０Ｏｃｏでは、電解液と水素ガスとの混相流となり、陽極出口ヘッダー１０Ｏａｏでは、電解液と酸素ガスとの混相流となった。-Header, conduit-
An external header type of bipolar element was adopted.
As shown in FIG. 4, in the bipolar electrolyzer 50 of this embodiment, a conduit 20 (a liquid distribution pipe 20 Oai for anode liquid distribution and liquid collection outside the housing of the electrolyzer 50). , A cathode liquid distribution pipe 20Oci, an anode liquid collection pipe 20Oao, a cathode liquid collection pipe 20Oco). Further, in the electrolytic cell 50, hoses (anode inlet header 10Oai, a cathode inlet header 10Oci, an anode outlet header 10Oao, a cathode outlet header 10Oco) as headers 10 for passing electrolyte from the conduit 20 to the electrode chamber 5; Attached from the outside.
Here, as shown in FIG. 4, all of the headers 10 (anode inlet header 10 Oai, cathode inlet header 10 Oci, anode outlet header 10 Oao, cathode outlet header 10 Oco) are from the side of the partition wall 1 of the bipolar element 60. It was arranged to extend outward. Further, as shown in FIG. 4, all of the conduits 20 (a distribution pipe 20 Oai for the anode, a distribution pipe 20 Oci for the cathode, a collection pipe 20 Oao for the anode, a collection pipe 20Oco for the cathode) are bipolar elements 60. It was arranged to extend in the direction perpendicular to the bulkhead 1 of the
Thus, an electrolytic cell 50 of the outer header 100 was produced.
An electrolyte was allowed to flow from the cathode chamber 5c to the cathode chamber 5c via the cathode inlet header 10Oci, and from the cathode chamber 5c via the cathode outlet header 100o. In addition, an electrolytic solution was allowed to flow from the anode chamber 5a to the anode chamber 5a through the anode inlet header 10Oai, and from the anode chamber 5a through the anode outlet header 100o.
As shown in FIG. 4, the inlet hose is on one end side of the lower side of the rectangular outer frame 3 in plan view, and the outlet hose is on the upper side of the side connected to the other end of the lower side of the rectangular outer frame 3 in plan view , Each connected. Here, the inlet hose and the outlet hose are provided to face each other across the central portion of the electrode chamber 5 in the rectangular electrode chamber 5 in a plan view. The electrolyte flowed from the bottom to the top while being inclined with respect to the vertical direction, and rose along the electrode surface.
In the bipolar electrolytic cell 50 of this embodiment, the electrolyte flows from the inlet hoses of the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c into the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c, and the outlet hose of the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c The electrolytic solution and the product gas flow out of the electrolytic cell 50.
In the cathode chamber 5c, hydrogen gas is generated by electrolysis, and in the anode chamber 5a, oxygen gas is generated by electrolysis. Therefore, in the cathode outlet header 10Oco described above, a mixed phase flow of electrolyte solution and hydrogen gas is generated. At 10 Oao, it became a mixed phase flow of the electrolyte and oxygen gas.

（実施例１）
実施例１の複極式電解槽は下記のとおりの手順で作製した。Example 1
The bipolar electrolyzer of Example 1 was produced by the following procedure.

陰極サンプルＡを複極式フレームの陰極面に取付け、陽極サンプルＣを複極式エレメントのフレームの陽極面に取付けたものを、複極式エレメントとした。また、陰極サンプルＡを陰極ターミナルエレメントのフレームに取付けたものを、陰極ターミナルエレメントとした。陽極サンプルＣを陽極ターミナルエレメントのフレームに取付けたものを、陽極ターミナルエレメントとした。   A cathode sample A was attached to the cathode surface of the bipolar frame, and an anode sample C was attached to the anode surface of the frame of the bipolar element to give a bipolar element. Moreover, what attached cathode sample A to the flame | frame of a cathode terminal element was made into the cathode terminal element. The anode sample C attached to the frame of the anode terminal element was used as the anode terminal element.

複極式エレメントに取り付けた電極（陽極及び陰極）の面積Ｓ１は、０．２５ｍ２に調整した。
外枠の側方に設けられた、ヘッダー（陽極入口ヘッダー、陽極出口ヘッダー、陰極入口ヘッダー、陰極出口ヘッダー）の流路の断面積Ｓ２は、２．８３×１０−５ｍ２に調整した。
ヘッダーの流路の長さＬ２は、０．５ｍ２に調整した。The area S1 of the electrodes (anode and cathode) attached to the bipolar element was adjusted to 0.25 m 2 .
The cross-sectional area S2 of the flow path of the header (anode inlet header, anode outlet header, cathode inlet header, cathode outlet header) provided on the side of the outer frame was adjusted to 2.83 × 10 −5 m 2 .
The length L2 of the flow path of the header was adjusted to 0.5 m 2 .

また、複極式エレメントの厚さｄは、３３ｍｍに調整した。また、陰極ターミナルエレメント、陽極ターミナルエレメントの厚みを、０．０１２５ｍに調整した。   The thickness d of the bipolar element was adjusted to 33 mm. In addition, the thicknesses of the cathode terminal element and the anode terminal element were adjusted to 0.0125 m.

上記複極式エレメントを４９個用意した。また、上記陰極ターミナルエレメント、上記陽極ターミナルエレメントを、１個ずつ用意した。   49 pieces of the above-mentioned bipolar elements were prepared. Also, one each of the cathode terminal element and the anode terminal element were prepared.

全ての複極式エレメントと、陰極ターミナルエレメントと、陽極ターミナル電解セルエレメントの、金属フレーム部分にガスケットを貼付けた。   Gaskets were applied to the metal frame portions of all the bipolar elements, the cathode terminal element and the anode terminal electrolytic cell element.

陽極ターミナルエレメントと、複極式エレメントの陰極側との間に、隔膜サンプルを１枚挟み込んだ。４９個の複極式エレメントを、隣接する複極式エレメントのうちの一方の陽極側と他方の陰極側とが対向するように、直列に並べ、隣接する複極式エレメントの間に、４８枚の隔膜サンプルを１枚ずつ挟み込んだ。更に、４９個目の複極式エレメントの陽極側と、陰極ターミナルエレメントとの間に、隔膜サンプルを１枚挟み込んだ。これらを、ファストヘッド、絶縁板、ルーズヘッドを用いたうえで、プレス機で締付けたものを、実施例１の複極式電解槽とした。   One membrane sample was sandwiched between the anode terminal element and the cathode side of the bipolar element. The 49 bipolar elements are arranged in series so that the anode side of one of the adjacent bipolar elements is opposite to the cathode side of the other, and 48 sheets between the adjacent bipolar elements are arranged. The diaphragm samples of 1 were inserted one by one. Further, one diaphragm sample was sandwiched between the anode side of the 49th bipolar element and the cathode terminal element. These were used as a fast head, an insulating plate, and a loose head, and then tightened with a press to obtain a bipolar electrolyzer of Example 1.

電解液として、３０％ＫＯＨ水溶液を用いた。
電解液循環ポンプにより、陽極室、酸素分離タンク（陽極用気液分離タンク）、陽極室の循環を、また、陰極室、水素分離タンク（陰極用気液分離タンク）、陰極室の循環を、行った。
電解液の温度は９０℃に調整した。A 30% KOH aqueous solution was used as an electrolytic solution.
The electrolyte circulation pump circulates the anode chamber, the oxygen separation tank (gas-liquid separation tank for the anode), the anode chamber, and the cathode chamber, the hydrogen separation tank (gas-liquid separation tank for the cathode), the cathode chamber, went.
The temperature of the electrolyte was adjusted to 90.degree.

整流器から複極式電解槽に、各々の陰極及び陽極の面積Ｓ１に対して、６ｋＡ／ｍ２となるように電流を流した。実施例１においては、電極の面積Ｓ１は５００ｍｍ×５００ｍｍであるため、整流器から複極式電解槽に、１．５ｋＡを通電した。A current was applied from the rectifier to the bipolar electrolyzer so that the area S1 of each cathode and anode was 6 kA / m 2 . In Example 1, since the area S1 of the electrode is 500 mm × 500 mm, 1.5 kA was supplied from the rectifier to the bipolar electrolyzer.

電解槽内の圧力は、圧力計で測定し、陰極側圧力が５０ｋＰａ、酸素側圧力が４９ｋＰａとなるとように調整しながら、電気分解を行った。圧力調整は、圧力計の下流に設置した圧力制御弁により行った。   The pressure in the electrolytic cell was measured with a pressure gauge, and electrolysis was performed while adjusting the pressure on the cathode side to be 50 kPa and the pressure on the oxygen side to be 49 kPa. Pressure adjustment was performed by the pressure control valve installed downstream of the pressure gauge.

そして、実施例１におけるアルカリ水電解について下記のとおり評価した。   And the alkaline water electrolysis in Example 1 was evaluated as follows.

（電解試験）
電流密度６ｋＡ／ｍ２で連続で８時間通電し、水電解を行った。電解槽のセル電圧Ｖを測定し、電解セルの相加平均値（Ｖ）を計算により求めた。(Electrolysis test)
Water was continuously supplied for 8 hours at a current density of 6 kA / m 2 to conduct water electrolysis. The cell voltage V of the electrolytic cell was measured, and the arithmetic mean value (V) of the electrolytic cell was calculated.

（電位保持時間）
電流密度６ｋＡ／ｍ２で連続で７時間通電後、整流器の電源を切り、セル電圧Ｖを測定し続けた。電解停止直後の時間を基準に、セル電圧Ｖの相加平均が、１Ｖ以上保持される時間を、電位保持時間Ｔ（時間）とした。(Potential holding time)
After continuously energizing for 7 hours at a current density of 6 kA / m 2 , the rectifier was turned off and the cell voltage V was continuously measured. The time during which the arithmetic mean of the cell voltage V is held at 1 V or higher was taken as the potential holding time T (time) based on the time immediately after the electrolysis stop.

（製作性）
電解槽の製作性を以下の評価基準で評価した。結果を表１に示す。
＜評価基準＞
○（優れる）：電極を電解槽に固定するために必要な溶接点数が５００箇所／ｍ２未満
△（良）：電極を電解槽に固定するために必要な溶接点数が５００箇所／ｍ２以上１５００箇所／ｍ２未満
×（不良）：電極を電解槽に固定するために必要な溶接点数が１５００箇所／ｍ２以上(Manufacturability)
The following evaluation criteria evaluated the producibility of an electrolytic cell. The results are shown in Table 1.
<Evaluation criteria>
○ (excellent): The number of welding points required to fix the electrode to the electrolytic cell is less than 500 points / m 2良 (Good): The number of welding points necessary to fix the electrode to the electrolytic cell is 500 points / m 2 or more Less than 1500 points / m 2 × (Defective): The number of welding points required to fix the electrode to the electrolytic bath is 1500 points / m 2 or more

（実施例２）
Ｌ２を１ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 2)
A bipolar electrolyzer and an electrolyzer for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that L2 was adjusted to 1 m. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例３）
陰極サンプルを陰極サンプルＢとし、Ｓ１を２．７ｍ２に調整し、Ｌ２を２．４ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 3)
A cathode sample was used as a cathode sample B, S1 was adjusted to 2.7 m 2 , and L 2 was adjusted to 2.4 m in the same manner as in Example 1 to prepare a bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例４）
Ｓ１を２．７ｍ２に調整し、Ｌ２を２．４ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 4)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that S1 was adjusted to 2.7 m 2 and L 2 was adjusted to 2.4 m. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例５）
Ｓ１を２．７ｍ２に調整し、Ｌ２を６．５ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 5)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that S1 was adjusted to 2.7 m 2 and L 2 was adjusted to 6.5 m. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例６）
Ｌ２を０．２ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 6)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that L2 was adjusted to 0.2 m. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例７）
陰極サンプルとして陰極サンプルＥを用いた以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 7)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that the cathode sample E was used as a cathode sample. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例８）
Ｓ１を２．７ｍ２に調整し、Ｌ２を７．２ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 8)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that S1 was adjusted to 2.7 m 2 and L 2 was adjusted to 7.2 m. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例９）
Ｓ２を７．８５×１０−７ｍ２に調整し、Ｌ２を２．４ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 9)
A bipolar electrolyzer and an electrolyzer for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that S2 was adjusted to 7.85 × 10 −7 m 2 and L 2 was adjusted to 2.4 m. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例１０）
陰極サンプルを陰極サンプルＣとし、Ｓ２を７．８５×１０−７ｍ２に調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 10)
A bipolar electrode type electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that the cathode sample was Cathode Sample C, and S2 was adjusted to 7.85 × 10 −7 m 2 . Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例１１）
陽極サンプルを陽極サンプルＢとし、Ｓ２を１．７７×１０−６ｍ２に調整し、Ｌ２を１ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 11)
A positive electrode sample was used as a positive electrode sample B, S2 was adjusted to 1.77 × 10 −6 m 2 , L2 was adjusted to 1 m, and the bipolar electrolytic cell and the electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were the same as in Example 1. Made. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例１２）
陽極サンプルを陽極サンプルＤとし、陰極サンプルを陰極サンプルＤとし、Ｌ２を１ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 12)
An anode sample was used as an anode sample D, a cathode sample was used as a cathode sample D, and a bipolar electrolyzer and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that L2 was adjusted to 1 m. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例１３）
Ｌ２を１ｍに調整し、スタック数を１００とした以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 13)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that L2 was adjusted to 1 m and the number of stacks was changed to 100. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（実施例１４）
陽極サンプルを陽極サンプルＦとした以外は実施例１と同様に複極式電解槽及び電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Example 14)
A bipolar electrolyzer and an electrolyzer were produced in the same manner as in Example 1 except that the anode sample was an anode sample F. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（比較例１）
陰極サンプルとして陰極サンプルＦを用いた以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Comparative example 1)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that the cathode sample F was used as a cathode sample. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（比較例２）
陰極サンプルを陰極サンプルＧとした以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Comparative example 2)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that the cathode sample was a cathode sample G. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（比較例３）
陽極サンプルを陽極サンプルＡとし、陰極構造体サンプルを陰極サンプルＣとした以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Comparative example 3)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis were produced in the same manner as in Example 1 except that the anode sample was an anode sample A and the cathode structure sample was a cathode sample C. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（比較例４）
陰極サンプルを陰極サンプルＧとし、Ｓ１を２．７ｍ２に調整し、Ｌ２を２．４ｍに調整した以外は実施例１と同様に複極式電解槽及びアルカリ水電解用電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Comparative example 4)
A cathode sample was used as a cathode sample G, S1 was adjusted to 2.7 m 2 , and L2 was adjusted to 2.4 m, in the same manner as in Example 1 to prepare a bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus for alkaline water electrolysis. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

（比較例５）
陽極サンプルを陽極サンプルＥとした以外は実施例１と同様に複極式電解槽及び電解装置を作製した。詳細な条件及び結果は表１に示すとおりである。(Comparative example 5)
A bipolar electrolytic cell and an electrolytic apparatus were produced in the same manner as in Example 1 except that the anode sample was Anode sample E. Detailed conditions and results are as shown in Table 1.

実施例１〜１４では、１．８５Ｖ以下で電解可能な上に、電位保持時間が３時間以上であり、システム制御する上で十分安定な結果であった。また、陽極の実電極表面積が１００００ｍ２／ｍ２以下である実施例１〜１３では、更にセル電圧を下げることができた。特に、実施例２、４、７の電解槽は優れている。
一方、比較例１、３、５のものは、電解効率が悪く、比較例２〜４のものは、電位保持時間が短い結果となり、風力や太陽光等の再生可能エネルギー等の変動電源での運転において、電力供給停止時に電解槽を非常用の蓄電池として使用することや、非常時においても電気制御システムを安定的に作動させることには、実用上課題があることが示された。In Examples 1 to 14, electrolysis was possible at 1.85 V or less, and the potential holding time was 3 hours or more, which was a sufficiently stable result for system control. Further, in Examples 1 to 13 in which the actual electrode surface area of the anode was 10000 m 2 / m 2 or less, the cell voltage could be further lowered. In particular, the electrolytic cells of Examples 2, 4 and 7 are excellent.
On the other hand, in Comparative Examples 1, 3 and 5, the electrolytic efficiency is poor, and in Comparative Examples 2 to 4, the potential holding time is short, and it is possible to use a fluctuating power source such as renewable energy such as wind power and sunlight. In operation, it has been shown that there are practical problems in using the electrolytic cell as an emergency storage battery at the time of stopping the power supply and operating the electric control system stably even in an emergency.

Figure 2018139597
Figure 2018139597

本発明によれば、再生可能エネルギー等の変動電源での運転時に、大電力の長期的貯蔵・長距離輸送を可能にし、電力供給停止時の電気制御システムの安定化することすることができる。   According to the present invention, long-term storage and long-distance transport of large power can be enabled during operation with a fluctuating power source such as renewable energy, and the electric control system can be stabilized when the power supply is stopped.

１ 隔壁
２ 電極
２ａ 陽極
２ｃ 陰極
２ｅ 導電性弾性体
２ｒ 集電体
３ 外枠
４ 隔膜
５ 電極室
５ａ 陽極室
５ｃ 陰極室
５ｉ 電解液入口
５ｏ 電解液出口
５ａｉ 陽極電解液入口
５ａｏ 陽極電解液出口
５ｃｉ 陰極電解液入口
５ｃｏ 陰極電解液出口
６ 整流板
６ａ 陽極整流板（陽極リブ）
６ｃ 陰極整流板（陰極リブ）
７ ガスケット
１０ ヘッダー
１０Ｉ 内部ヘッダー
１０Ｏ 外部ヘッダー
１０Ｏａｉ 陽極入口ヘッダー（陽極入口側ホース）
１０Ｏａｏ 陽極出口ヘッダー（陽極出口側ホース）
１０Ｏｃｉ 陰極入口ヘッダー（陰極入口側ホース）
１０Ｏｃｏ 陰極出口ヘッダー（陰極出口側ホース）
２０ 導管
２０Ｏａｉ 陽極用配液管
２０Ｏａｏ 陽極用集液管
２０Ｏｃｉ 陰極用配液管
２０Ｏｃｏ 陰極用集液管
５０ 複極式電解槽
５１ｇ ファストヘッド、ルーズヘッド
５１ａ 陽極ターミナルエレメント
５１ｃ 陰極ターミナルエレメント
５１ｉ 絶縁板
５１ｒ タイロッド
６０ 複極式エレメント
６５ 電解セル
７０ 電解装置
７１ 電解液循環ポンプ
７２ 気液分離タンク
７２ｈ 水素分離タンク
７２ｏ 酸素分離タンク
７３ 水投入ポンプ
７４ 整流器
７５ 酸素濃度計
７６ 水素濃度計
７７ 流量計
７８ 圧力計
７９ 熱交換器
８０ 圧力制御弁
Ｄ１ 隔壁に沿う所与の方向（電解液通過方向）
Ｓ１ 複極式エレメントの通電面の面積
Ｓ２ ヘッダーの流路の断面積
Ｌ２ ヘッダーの流路の長さ
Ｚ ゼロギャップ構造
ｄ 電解セルの厚さReference Signs List 1 partition 2 electrode 2a anode 2c cathode 2e conductive elastic body 2r current collector 3 outer frame 4 diaphragm 5 electrode chamber 5a anode chamber 5c cathode chamber 5i electrolyte inlet 5o electrolyte outlet 5ai anode electrolyte inlet 5ao anode electrolyte outlet 5ci Cathodic electrolyte inlet 5co Cathodic electrolyte outlet 6 Current plate 6a Anode current plate (anode rib)
6c Cathode current plate (cathode rib)
7 gasket 10 header 10I inner header 10 O outer header 10 Oai anode inlet header (anode inlet side hose)
10Oao anode outlet header (anode outlet side hose)
10Oci cathode inlet header (cathode inlet side hose)
10Oco cathode outlet header (cathode outlet side hose)
Reference Signs List 20 conduit 20 Oai anode liquid distribution pipe 20 Oao anode liquid collection pipe 20 Oci liquid distribution pipe 20Oco cathode liquid collection pipe 50 bipolar electrolytic cell 51 g fast head, loose head 51 a anode terminal element 51 c cathode terminal element 51 i insulating plate 51 r Tie rod 60 Bipolar element 65 Electrolytic cell 70 Electrolyzer 71 Electrolyte circulation pump 72 Gas-liquid separation tank 72h Hydrogen separation tank 72o Oxygen separation tank 73 Water input pump 74 Rectifier 75 Oxygen meter 76 Hydrogen concentration meter 77 Flow meter 78 Pressure meter 79 Heat exchanger 80 Pressure control valve D1 Given direction along the partition (direction of electrolyte passage)
S1 area of conducting surface of bipolar element Cross section of flow path of S2 header Flow path length of L header Z Zero gap structure d Thickness of electrolytic cell

Claims (24)

陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極とを隔離する隔壁と、前記隔壁を縁取る外枠とを備える複数の複極式エレメントが隔膜を挟んで重ね合わせられ、前記外枠の外方に、前記隔壁と前記外枠と前記隔膜とにより画成される電極室に連通するヘッダーとを備える複極式電解槽であり、
前記陽極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲であり、前記陰極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲である、
ことを特徴とする、複極式電解槽。A plurality of bipolar elements including an anode, a cathode, a partition separating the anode and the cathode, and an outer frame bordering the partition are superimposed with a diaphragm interposed therebetween, A bipolar electrolyzer comprising: a header communicating with an electrode chamber defined by the partition wall, the outer frame, and the diaphragm;
The electric capacity of the anode is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 , and the electric capacity of the cathode is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 .
Bipolar electrolyzer characterized in that. 陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極とを隔離する隔壁と、前記隔壁を縁取る外枠とを備える複数の複極式エレメントが隔膜を挟んで重ね合わせられ、前記外枠の外方に、前記隔壁と前記外枠と前記隔膜とにより画成される電極室に連通するヘッダーとを備える複極式電解槽であり、
前記陽極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲であり、前記陰極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲である、
ことを特徴とする、アルカリ水電解用複極式電解槽。A plurality of bipolar elements including an anode, a cathode, a partition separating the anode and the cathode, and an outer frame bordering the partition are superimposed with a diaphragm interposed therebetween, A bipolar electrolyzer comprising: a header communicating with an electrode chamber defined by the partition wall, the outer frame, and the diaphragm;
The electric capacity of the anode is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 , and the electric capacity of the cathode is in the range of 4825 C / m 2 to 965000 C / m 2 .
A bipolar electrolyzer for alkaline water electrolysis, characterized in that 前記複極式エレメントの通電面の面積をＳ１、前記ヘッダーの流路の断面積をＳ２、前記ヘッダーの流路の長さをＬ２としたときに、（Ｓ２／Ｓ１）／Ｌ２が１．５×１０−６ｍ−１〜２．３×１０−４ｍ−１の範囲である、請求項１又は２に記載の複極式電解槽。Assuming that the area of the current-carrying surface of the bipolar element is S1, the cross-sectional area of the flow path of the header is S2, and the length of the flow path of the header is L2, (S2 / S1) / L2 is 1.5. The bipolar electrolyzer according to claim 1 or 2, which has a range of 10-6 m- 1 to 2.3 10-4 m- 1 . 前記陽極の電気容量及び前記陰極の電気容量のうち低い方が９６５０Ｃ／ｍ２〜９５５３５０Ｃ／ｍ２の範囲である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の複極式電解槽。Range lower of 9650C / m 2 ~955350C / m 2 of the electric capacity and electric capacity of the cathode of the anode, a bipolar type electrolytic cell according to any one of claims 1 to 3. 前記陽極の電気容量が、前記陰極の電気容量よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複極式電解槽。   The bipolar electrolytic cell according to any one of claims 1 to 4, wherein an electric capacity of the anode is larger than an electric capacity of the cathode. 前記陰極の電気容量が、前記陽極の電気容量の０．１倍を超えて０．９９倍以下である、請求項５に記載の複極式電解槽。   The bipolar electrolytic cell according to claim 5, wherein the electric capacity of the cathode is more than 0.1 times and not more than 0.99 times the electric capacity of the anode. 前記陰極の電気容量が、前記陽極の電気容量の０．１倍を超えて０．４９倍以下である、請求項５又は６に記載の複極式電解槽。   The bipolar electrolytic cell according to claim 5 or 6, wherein the electric capacity of the cathode is more than 0.1 times and 0.49 times or less of the electric capacity of the anode. 前記陽極の幾何セル面積１ｍ２当たりの実電極表面積が、９０ｍ２〜１００００ｍ２の範囲である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複極式電解槽。Real electrode surface area of the geometric cell area 1 m 2 per the anode is in the range of 90m 2 ~10000m 2, a bipolar type electrolytic cell according to any one of claims 1 to 7. ５０〜５００の複極式エレメントを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の複極式電解槽。   The bipolar electrolyzer according to any one of the preceding claims, having 50 to 500 bipolar elements. 前記Ｓ１が０．１ｍ２〜１０ｍ２である、請求項２〜９のいずれか一項に記載の複極式電解槽。Wherein S1 is a 0.1 m 2 through 10m 2, a bipolar type electrolytic cell according to any one of claims 2-9. 電解セルの厚さｄが１０ｍｍ〜１００ｍｍである、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の複極式電解槽。   The bipolar electrolyzer according to any one of claims 2 to 10, wherein the thickness d of the electrolysis cell is 10 mm to 100 mm. 前記陽極が、酸化ニッケル、金属ニッケル、水酸化ニッケル及びニッケル合金からなる群より選ばれる少なくとも一種のニッケル化合物を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複極式電解槽。   The bipolar electrolytic cell according to any one of claims 1 to 11, wherein the anode contains at least one nickel compound selected from the group consisting of nickel oxide, metallic nickel, nickel hydroxide and a nickel alloy. 前記陽極が、導電性基材と、前記導電性基材上に配置された触媒層を有し、
前記触媒層は、ニッケルの金属結晶を含み、且つ、細孔を有し、
前記触媒層の細孔のうち、
孔径が２〜５ｎｍの範囲内である第一細孔の比表面積が０．６〜２．０ｍ２／ｇであり、
前記第一細孔の細孔容積が３×１０−４〜９×１０−４ｍｌ／ｇであり、
前記細孔のうち、孔径が０．０１〜２．００μｍの範囲内である第二細孔の比表面積が２．０〜５．０ｍ２／ｇであり、
前記第二細孔の細孔容積が０．０４〜０．２ｍｌ／ｇであり、
前記触媒層の厚みが５０〜８００μｍである、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複極式電解槽。The anode comprises a conductive substrate and a catalyst layer disposed on the conductive substrate,
The catalyst layer contains metal crystals of nickel and has pores.
Of the pores of the catalyst layer,
The specific surface area of the first pore whose pore diameter is in the range of 2 to 5 nm is 0.6 to 2.0 m 2 / g,
The pore volume of the first pore is 3 × 10 −4 to 9 × 10 −4 ml / g,
Among the pores, the specific surface area of the second pores having a pore diameter in the range of 0.01 to 2.00 μm is 2.0 to 5.0 m 2 / g,
The pore volume of the second pore is 0.04 to 0.2 ml / g,
The thickness of the catalyst layer is 50 to 800 μm,
The bipolar electrolytic cell according to any one of claims 1 to 12. 前記陰極が、Ｒｕ−Ｌａ−Ｐｔ系、Ｒｕ−Ｃｅ系、Ｐｔ−Ｃｅ系、及びＰｔ−Ｉｒ系、Ｉｒ−Ｐｔ−Ｐｄ系、Ｐｔ−Ｎｉ系からなる群から選択される少なくとも一種のＰｔ族化合物を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複極式電解槽。   At least one Pt group selected from the group consisting of Ru-La-Pt system, Ru-Ce system, Pt-Ce system, and Pt-Ir system, Ir-Pt-Pd system, Pt-Ni system. The bipolar electrolyzer according to any one of claims 1 to 13, comprising a compound. 前記陰極及び前記陽極の構成が、前記導電性基材の表面に触媒層を有するものであり、前記導電性基材が金属ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル及びニッケル合金からなる群より選ばれる少なくとも一種のニッケル化合物を含む、請求項１４に記載の複極式電解槽。   The configuration of the cathode and the anode has a catalyst layer on the surface of the conductive substrate, and the conductive substrate is at least selected from the group consisting of metallic nickel, nickel oxide, nickel hydroxide and a nickel alloy. The bipolar electrolyzer according to claim 14, which comprises one kind of nickel compound. 前記陰極及び前記陽極が、メッシュ状の構造である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の複極式電解槽。   The bipolar electrolytic cell according to any one of claims 1 to 15, wherein the cathode and the anode have a mesh-like structure. 前記陰極の基材が、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の線径を有し、目開きが３０メッシュから８０メッシュの範囲を有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の複極式電解槽。   The compound according to any one of claims 1 to 16, wherein the base material of the cathode has a wire diameter in the range of 0.05 mm to 0.5 mm, and the opening has a range of 30 mesh to 80 mesh. Polar electrolytic cell. 前記陽極の基材が、開口率が２０％〜６０％の範囲を有するメッシュ状の構造である請求項１〜１７のいずれか一項に記載の複極式電解槽。   The substrate of the said anode is a mesh-like structure which has an aperture ratio in the range of 20%-60%, The bipolar electrolysis cell as described in any one of Claims 1-17. 電解セルを電気的に直列に接続した、請求項１〜１８に記載の複極式電解槽。   19. The bipolar electrolyzer according to claim 1, wherein the electrolysis cells are electrically connected in series. 前記陰極、前記陽極、隔膜、陽極室と陰極室を区画する隔壁を有する複極式エレメントを備え、前記陰極と前記陽極の間に前記隔膜が位置し、前記隔膜は前記陰極及び前記陽極と接触している、請求項１９に記載の複極式水電解槽。   The cathode, the anode, the diaphragm, and a bipolar element having a partition that defines the anode chamber and the cathode chamber, wherein the diaphragm is positioned between the cathode and the anode, and the diaphragm is in contact with the cathode and the anode 20. The bipolar water electrolytic cell according to claim 19, wherein 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の複極式電解槽と、電解液を循環させるための電解液循環ポンプと、電解液と水素及び／又は酸素とを分離する気液分離タンクと、水を補給するための水投入ポンプとを含むことを特徴とする、電解装置。   A bipolar electrolytic cell according to any one of claims 1 to 20, an electrolytic solution circulation pump for circulating the electrolytic solution, a gas-liquid separation tank for separating the electrolytic solution and hydrogen and / or oxygen An electrolyzer, comprising: a water input pump for supplying water. 電解装置への電力供給の停止時に、電力供給の停止を検知する検知器、及び、前記電解液循環ポンプを自動停止する制御器をさらに含む、請求項２１に記載の電解装置。   22. The electrolytic device according to claim 21, further comprising: a detector that detects a stop of the power supply when the supply of power to the electrolytic device is stopped, and a controller that automatically shuts off the electrolyte circulation pump. 請求項２１又は２２に記載の電解装置への電力供給の停止時に、前記電解液循環ポンプを停止することを特徴とする、水電解方法。   The water electrolysis method characterized by stopping the said electrolyte solution circulation pump at the time of the stop of the electric power supply to the electrolysis apparatus of Claim 21 or 22. アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法において、
前記電解槽は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極とを隔離する隔壁と、前記隔壁を縁取る外枠とを備える複数の複極式エレメントが隔膜を挟んで重ね合わせられ、前記外枠の外方に、前記隔壁と前記外枠と前記隔膜とにより画成される電極室に連通するヘッダーとを備える複極式電解槽であり、前記陽極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲であり、前記陰極の電気容量が４８２５Ｃ／ｍ２〜９６５０００Ｃ／ｍ２の範囲であることを特徴とする、水素製造方法。In a hydrogen production method of producing hydrogen by electrolyzing water containing an alkali with an electrolytic cell,
In the electrolytic cell, a plurality of bipolar elements including an anode, a cathode, a partition separating the anode and the cathode, and an outer frame bordering the partition are stacked with a diaphragm interposed therebetween, A bipolar electrolyzer comprising a header communicating with an electrode chamber defined by the partition wall, the outer frame and the diaphragm outside the frame, wherein the electric capacity of the anode is 4825 C / m 2 to 965000 C. / m is in the range of 2, wherein the electric capacity of the cathode is in the range of 4825C / m 2 ~965000C / m 2 , a hydrogen production method.
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